不同拓扑结构的聚乳酸纳米纤维膜的制备及生物学性能研究

论文摘要

电纺丝技术是一种基于在几千至几万伏的高压静电场中,利用导电流体产生高速喷射的原理来制备纳米纤维支架的技术。与传统方法（如粒子致孔法、相分离法等）制备的多孔支架材料不同,由静电纺丝技术制备出的纤维支架材料不仅纤维直径小、比表面积大,还具有类似于细胞外基质的网络结构,对细胞起到支撑和保护的作用,更有利于细胞的粘附和增殖,是理想的组织工程支架材料。左旋聚乳酸（poly-L-lactic acid,PLLA）是一种常用的可吸收引导组织再生（guided tissue regeneration,GTR）和引导骨组织再生（guide bone regeneration,GBR）的膜材料,该材料及其降解产物都已被证实具有优良的生物相容性,并被美国食品及药物管理局（FDA）批准,PLLA及其产品可用于与人类相关的一系列临床应用。本文以PLLA为原料,采用静电纺丝技术,用金属平板、滚筒和一定目数的金属网分别作为接收装置,并将滚筒接收获得的平行纤维膜热牵伸100%,得到无纺型、滚筒型、热牵伸型和网格型PLLA纳米纤维膜。通过扫描电镜（SEM）观察了四种支架形貌差异,并测试比较它们的力学性能。通过MTT测试和SEM观察,比较四种不同拓扑结构的纳米纤维膜对牙周细胞生长的影响。通过荧光共聚焦扫描显微镜,观察牙周细胞在四种不同拓扑结构的PLLA纳米纤维膜上的生长形态以及长入情况。实验结果显示:四种不同拓扑结构的聚乳酸纳米纤维膜的纤维直径均为500-700 nm,其中拉伸型膜的拉伸强度最高,其次是滚筒,网格型与无纺型两者相比拉伸强度接近,但网格型膜的拉伸断裂应变略大,。牙周细胞与支架联合培养的MTF结果显示,与在聚苯乙烯（tissueculture polystyrene,TCPS）培养板上的培养比较,四种不同拓扑结构的纳米纤维膜的增殖能力均比正常培养的差,但同样显示出促进细胞增殖的效果,其中网格膜的促进效果更明显,无纺型与滚筒型相近,热牵伸后的纳米纤维膜相对效果最差。SEM观察的结果显示热牵伸型膜的阻隔效果最好,而网格型膜中间部分由疏松纤维堆积形成的大孔结构则非常有利于细胞进入支架内部,细胞生长最好,无纺型同样由于具有相对疏松的结构使得细胞生长良好。荧光共聚焦显微镜观察结果显示牙周细胞在网格型膜表面生长良好,细胞骨架结构清晰,同时促进细胞增殖效果要比其他三种膜明显,无纺型次之,热牵伸后的纳米纤维膜上的细胞生长状态相对最差。因此,我们利用将上述纳米纤维膜材料复合的方法,来设计并制备出多层复合纳米引导组织再生膜材料:表层采用无纺型的聚乳酸纳米纤维;中间层采用牵伸取向的聚乳酸平行纤维,提供足够的力学强度防止材料破裂;底层则采用网格型的聚乳酸纳米纤维膜,实现引导组织/骨再生的功能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 生物医用材料与组织工程
• 1.1.1 生物医用材料
• 1.1.2 组织工程
• 1.1.3 常用的骨组织工程的高分子材料
• 1.1.3.1 天然高分子
• 1.1.3.1.1 血纤蛋白（Fibrin）
• 1.1.3.1.2 胶原蛋白（collagen）
• 1.1.3.1.3 透明质酸（hyaluronic acid,HA）
• 1.1.3.1.4 甲壳素（chitin）和壳聚糖（chitosan）
• 1.1.3.1.5 纤维素（cellulose）
• 1.1.3.2 合成高分子
• 1.1.3.2.1 聚氨基酸
• 1.1.3.2.2 脂肪族聚酯
• 1.1.3.2.3 聚甲基丙烯酸羟乙酯（PHEMA）
• 1.1.3.2.4 医用聚氨酯（PU）
• 1.1.3.2.5 医用硅橡胶
• 1.2 静电纺丝技术
• 1.2.1 电纺丝技术的发展简介
• 1.2.2 电纺丝技术的方法简介
• 1.2.3 电纺丝在生物医学领域的应用
• 1.2.3.1 电纺丝技术用于制备生物膜
• 1.2.3.2 电纺丝技术用于制备药物控释装置
• 1.2.3.3 电纺丝技术用于制备组织工程支架材料
• 1.2.4 电纺丝在其它领域的应用
• 1.2.5 本课题的提出
• 第二章 四种不同拓扑结构的PLLA电纺丝膜的制备及基本性能
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 实验仪器
• 2.1.3 电纺丝溶液的配制和静电纺丝的过程
• 2.1.4 四种不同拓扑结构的PLLA电纺丝膜的力学测试
• 2.1.5 四种不同拓扑结构的PLLA电纺丝膜的亲疏水性处理
• 2.1.6 牙周细胞的分离及体外培养
• 2.1.7 牙周细胞的来源鉴定
• 2.1.8 纳米纤维膜的生物相容性检测（MTT）
• 2.1.9 牙周细胞与四种PLLA电纺丝膜的复合培养
• 2.1.10 石蜡切片与H-E染色
• 2.1.11 四种PLLA电纺丝膜的表征
• 2.1.12 激光共聚焦显微镜观察牙周细胞在纳米纤维膜上的生长情况
• 2.1.13 统计学分析
• 第三章 结果与讨论
• 3.1 四种不同拓扑结构支架材料的表面形貌
• 3.2 四种PLLA电纺膜的力学性能比较
• 3.3 处理前后四种PLLA电纺膜的亲疏水性能
• 3.4 牙周膜细胞（hPDLCs）的获取鉴定
• 3.5 PLLA纳米纤维膜的生物相容性
• 3.6 生物学性能研究结果
• 3.6.1 石蜡切片与H-E染色结果
• 3.6.2 牙周细胞在四种PLLA膜联合培养的MTT结果
• 3.6.3 牙周细胞在四种PLLA膜上SEM结果
• 3.6.4 牙周细胞在四种PLLA膜上共聚焦显微镜的观察结果
• 3.6.5 小结
• 第四章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者简介
• 导师简介
• 北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书