电纺PLGA及PLGA/羟基磷灰石纳米纤维材料研究

论文摘要

组织工程是指应用生命科学与工程学的原理和方法来设计、组建、维护人体细胞和组织的生长，以恢复受损的组织或器官的功能的一门学科。组织工程的发展，为解决许多临床问题提供了希望。组织工程支架材料一直是研究的主要内容之一。几乎所有可生物降解的天然大分子和合成高分子生物材料均可用于组织工程支架研究。近年来，发展了十余种组织工程“硬支架”的制备技术，如致孔剂法、热致相分离法、固体曲面制造技术、静电纺丝法等。其中，静电纺丝技术由于能够直接制备得到连续的聚合物纳米纤维，因而有其独特优势。电纺纳米纤维支架形态结构类似细胞间质，有利于细胞的粘附生长。通过材料结构设计，又可制得多组分复合的网状或取向的纤维支架，对细胞的分化与生长产生特殊的刺激和影响，从而实现对细胞—支架相互作用的控制。目前，电纺纤维支架已经广泛用于各种组织工程的研究。骨组织工程近年来成为研究的重点和热点。骨组织工程的三个关键要素为骨组织工程支架材料、信号分子和靶细胞。支架材料方面，单一的生物活性陶瓷或聚合物材料均存在其缺陷。将聚合物的可加工性和生物活性陶瓷的机械强度及生物活性结合起来，制备骨组织工程复合材料，成为当前的研究趋势。本文研究了聚（丙交酯-乙交酯）共聚物（PLGA）溶液的电纺行为。扫描电子显微镜（SEM）观察各种条件下制备的纤维形貌并统计平均直径发现，溶液浓度、溶剂挥发性、电压、溶液流速、喷嘴到收集装置之间的距离以及环境温度等，均能影响电纺过程和所得纤维形貌。动态力学分析（DMA）证明，随着纤维直径的增大，纤维膜初始的储能模量减小。材料的体外降解实验发现，其质量损失在初始阶段较快，经历一段平台期后，再次加快。在这一过程中，材料体积发生较大收缩。在此研究基础上，我们将两种羟基磷灰石(尺寸较大的羟基磷灰石颗粒HAp和尺寸较小的针状羟基磷灰石（aHA）引入到材料中，制备了PLGA/HAp和PLGA/aHA两种复合纤维材料。观察其表面形貌和内部结构认为，aHA在PLGA纤维中的分散状况较好。DMA测试发现，材料中加入HAp和aHA后，其玻璃化转变温度Tg升高，材料硬度变大。降解实验中，复合纤维膜材料体积收缩加剧，PLGA/aHA复合材料质量损失较快。将骨髓间质细胞（MSCs）在材料表面培养一周后观察细胞形态发现，细胞在两种复合材料上黏附并保持其表型，细胞表面有大量分泌物。我们初步认为，这两种复合材料有望用作骨组织工程支架材料。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 再生医学与组织工程
• 1.2 组织工程材料
• 1.2.1 组织工程用天然大分子材料
• 1.2.2 组织工程用合成高分子材料
• 1.2.3 组织工程用无机材料
• 1.2.4 组织工程用复合材料
• 1.3 组织工程支架制备技术
• 1.3.1 组织工程支架概述
• 1.3.2 溶液浇铸/粒子沥滤（Solvent casting/Particle leaching）
• 1.3.3 热致相分离法（Thermally induced phase separation,TIPS）/冷冻干燥法（Freeze drying）
• 1.3.4 纤维粘接
• 1.3.5 超临界流体气体法（Supercritical fluid-gassing process）
• 1.3.6 聚合物微球聚集（Assembly of polymer spheres）
• 1.3.7 乳液冻干法（Emulsion freeze-drying）
• 1.3.8 固体自由曲面制造技术（Solid free-form fabrication）或快速成型技术（Rapid prototyping）
• 1.3.9 发泡剂法
• 1.3.10 无纺布技术
• 1.3.11 其他技术
• 1.4 静电纺丝（电纺）技术及其在组织工程中的应用
• 1.4.1 静电纺丝概述
• 1.4.2 静电纺丝技术的发展
• 1.4.3 电纺过程的影响因素
• 1.4.4 细胞与支架相互作用的研究
• 1.4.5 电纺血管组织工程支架研究
• 1.4.6 电纺软骨组织工程支架研究
• 1.4.7 电纺骨组织工程支架研究
• 1.4.8 目前的研究焦点和存在的问题
• 1.5 骨组织工程及其材料
• 1.5.1 概述
• 1.5.2 种子细胞
• 1.5.3 生长因子
• 1.5.4 骨组织工程支架
• 1.5.5 前景与挑战
• 1.6 课题的提出
• 第二章 电纺条件对PLGA电纺纤维形貌的影响研究
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验设备
• 2.1.2 原料和试剂
• 2.1.3 电纺纤维膜的制备
• 2.1.4 PLGA纤维膜的体外降解行为
• 2.1.5 测试与表征
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 预实验:溶液浓度"窗口"的确定
• 2.2.2 溶剂挥发性质对PLGA电纺纤维形貌和直径的影响
• 2.2.3 溶液浓度对PLGA电纺纤维形貌和直径的影响
• 2.2.4 电压对电纺纤维形貌和直径的影响
• 2.2.5 溶液流速（微量注射泵推射速率）对电纺纤维形貌和直径的影响
• 2.2.6 环境温度对电纺纤维形貌的影响
• 2.2.7 收集距离对电纺纤维形貌和直径的影响
• 2.2.8 电纺PLGA纤维膜热力学性质
• 2.2.9 纤维直径对电纺纤维膜动态力学性能的影响
• 2.2.10 PLGA纤维膜的降解性能
• 2.3 本章小结
• 第三章 电纺PLGA/羟基磷灰石复合纤维材料
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 实验设备
• 3.1.2 原料和试剂
• 3.1.3 PLGA/HA混合物的电纺
• 3.1.4 在纤维膜材料上接种MSCs
• 3.1.5 测试与表征
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 HAp的形貌与结构
• 3.2.2 PLGA/HAp电纺纤维复合材料的形貌与结构
• 3.2.3 PLGA/HAp的XRD和FTIR分析
• 3.2.4 PLGA/HAp纤维复合材料热力学性能
• 3.2.5 不同HAp含量对PLGA/HAp纤维复合材料动态力学性能的影响
• 3.2.6 PLGA/HAp复合纤维膜降解行为
• 3.2.7 购买的aHA的基本性质
• 3.2.8 PLGA/aHA复合纤维表面形貌和内部结构
• 3.2.9 PLGA/aHA纤维复合材料热力学性能
• 3.2.10 不同aHA含量对PLGA/aHA纤维复合材料动态力学性能的影响
• 3.2.11 PLGA/aHA复合纤维膜降解行为
• 3.2.12 MSCs形态观察
• 3.3 本章小结
• 第四章 全文结论
• 参考文献
• 作者简介
• 致谢