本文關(guān)鍵詞： 納米纖維 穩(wěn)定皮芯結(jié)構(gòu) 聚羥基丁酸戊酸酯 成形機(jī)理 骨組織工程應(yīng)用　出處：《東華大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：骨組織是人體較易損傷的組織器官,每年因創(chuàng)傷、感染和疾病等原因引發(fā)大量的骨折及骨缺損患者,但理想的骨修復(fù)手段一直未得到發(fā)掘,這成為臨床上的重大問題。骨組織工程的興起為解決上述難題提供了一條新的希望之路。評(píng)價(jià)支架是否適用于骨組織修復(fù),取決于其是否較好的仿生了骨的細(xì)胞外基質(zhì),主要包括:組成成分上的相似,結(jié)構(gòu)上的相近以及功能上的模仿。納米纖維因尺寸小、比表面積大、柔性高及機(jī)械性能強(qiáng)等特點(diǎn),脫穎而出。而通過靜電紡絲法制備的納米纖維,組成成分多種多樣,復(fù)合結(jié)構(gòu)變化繁多,且操作簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高、易于控制,它成為制備組織工程納米纖維支架的最優(yōu)選擇。隨著同軸靜電紡絲的出現(xiàn),此技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值進(jìn)一步提升,可直接制備出具有皮芯結(jié)構(gòu)的納米纖維支架,從而拓寬了其應(yīng)用領(lǐng)域。本論文以聚羥基丁酸戊酸酯(PHBV)的靜電紡納米纖維為基體,負(fù)載多種天然高分子物質(zhì)包括聚天冬氨酸(polyaspartic acid,PAA)、殼聚糖(chitosan,CTS)以及透明質(zhì)酸(hyaluronica acid,Hy A),加入羥基磷灰石(Hydroxyapatite,HAp)或鈣鈦礦(Na2La2Ti O3O10,NLT)類無(wú)機(jī)物等物質(zhì),并包裹不同的藥物,制備出不同成分不同結(jié)構(gòu)的骨組織工程支架材料,用于骨組織修復(fù)及骨疾病的治療。研究?jī)?nèi)容層層遞進(jìn),系統(tǒng)并全面的分析了支架的復(fù)合結(jié)構(gòu)及多種成分間的協(xié)同作用對(duì)成骨細(xì)胞生長(zhǎng)以及骨組織修復(fù)的影響。首先采用化學(xué)浸漬法使磷酸鈣無(wú)機(jī)物(羥基磷灰石)附著于PHBV基納米纖維表面,對(duì)其結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行測(cè)試和分析。結(jié)果表明,浸漬時(shí)間和浸漬次數(shù)對(duì)羥基磷灰石的沉積量和沉積形態(tài)具有一定影響,過程不易控制。通過直接共混紡絲法制備的納米纖維支架均具備平滑均勻無(wú)串珠的纖維形態(tài)。綜合分析這兩種含羥基磷灰石的納米纖維支架的性能可知,共混靜電紡納米纖維支架可以精確控制羥基磷灰石的含量,不會(huì)對(duì)纖維膜的孔隙率造成影響,保證細(xì)胞的良性生長(zhǎng)。選擇共混靜電紡絲法,改變羥基磷灰石的含量和天然聚合物的種類,分別制備PHBV,PHBV/CTS,PHBV/CTS/HA4和PHBV/CTS/HA8納米纖維支架。經(jīng)過不同的性能測(cè)試以及體外細(xì)胞培養(yǎng)的相關(guān)分析,發(fā)現(xiàn)加入殼聚糖和羥基磷灰石后,纖維直徑明顯降低且親水性能變好。而殼聚糖大分子和HA之間形成的分子間作用使PHBV/CTS/HA8的拉伸機(jī)械性能優(yōu)于PHBV/CTS/HA4納米纖維支架。人體體液模擬測(cè)試結(jié)果表明,HA中的鈣磷離子為化合物沉積提供了較多的結(jié)晶核,在PHBV/CTS/HA支架上形成大量的鈣磷化合物。HA的含量越高,結(jié)晶物在納米纖維表面生長(zhǎng)的數(shù)量越多且尺寸越大,表明支架的生物活性越強(qiáng)。除此之外,細(xì)胞增殖率測(cè)試、細(xì)胞礦化形態(tài)觀察以及特征蛋白的表達(dá)等結(jié)果都說明,本研究中的PHBV/CTS/HA8納米纖維支架具有優(yōu)異的生物相容性和誘導(dǎo)成骨能力。為了治療骨組織疾病,需要對(duì)納米纖維支架進(jìn)行載藥。而標(biāo)準(zhǔn)的皮芯結(jié)構(gòu)是確保藥物被包裹在芯層,保護(hù)藥物性質(zhì)并實(shí)現(xiàn)持續(xù)均勻釋放的關(guān)鍵。為了制備載藥皮芯納米纖維支架,本論文對(duì)同軸靜電紡皮芯射流的拉伸及皮芯結(jié)構(gòu)的成形機(jī)理進(jìn)行了初步探索,具體包括:(1)首先分析無(wú)限小段同軸皮芯射流在皮層驅(qū)動(dòng)和芯層驅(qū)動(dòng)下的受力情況,從理論上分析射流的拉伸運(yùn)動(dòng);(2)根據(jù)質(zhì)量守恒、電荷守恒和動(dòng)量守恒建立射流的運(yùn)動(dòng)模型,即在不同驅(qū)動(dòng)條件下,芯層射流、皮層射流半徑與軸向距離之間的關(guān)系模型1~、2~;(3)推導(dǎo)不同驅(qū)動(dòng)條件下,皮芯結(jié)構(gòu)穩(wěn)定成形的條件;(4)以泰勒錐頂點(diǎn)為起點(diǎn)截取射流并利用顯微鏡觀察,分析纖維半徑沿軸向的變化規(guī)律,以及不同的流速比對(duì)同軸泰勒錐形態(tài)變化和直線段長(zhǎng)度的影響;(5)在理論分析的指導(dǎo)下,確定紡絲參數(shù)并檢驗(yàn)所制備的含磷酸鈣無(wú)機(jī)物PHBV基納米纖維的皮芯結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)定�；诶碚撝笇�(dǎo),利用同軸靜電紡制備負(fù)載NLT顆粒并包裹阿侖膦酸鈉(Alendronate,Aln)的皮芯納米纖維,標(biāo)準(zhǔn)的皮芯結(jié)構(gòu)使藥物性質(zhì)受到有效保護(hù)。NLT和Aln的加入對(duì)納米纖維的熱機(jī)械性能影響較大,使納米纖維熔融的速率明顯減慢,重結(jié)晶的溫度和速率都發(fā)生一定程度的下降。使其分解溫度下降,并且分解行為減緩。阿侖膦酸鈉的體外釋放曲線證明皮芯結(jié)構(gòu)能有效緩解藥物的突釋現(xiàn)象,實(shí)現(xiàn)較均勻的藥物釋放。當(dāng)骨組織受到來自外界或體內(nèi)施加的載荷后,可利用其天然的壓電性將這種載荷轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并作用于骨細(xì)胞和細(xì)胞外環(huán)境,促進(jìn)細(xì)胞外間隙大分子的生成。而具備ABX3型分子結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦類無(wú)機(jī)物所特有的壓電效應(yīng)與天然骨的作用極其相似。分別制備了外層負(fù)載NLT和羥基磷灰石的載藥皮芯納米纖維支架,二者對(duì)比發(fā)現(xiàn),NLT加強(qiáng)了纖維支架的拉伸斷裂強(qiáng)度并提高了支架表面的親水性。纖維芯層的透明質(zhì)酸和纖維外層的鈣鈦礦、羥基磷灰石在整個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)過程中促進(jìn)細(xì)胞的粘附、增殖和成熟。研究結(jié)果證明PHBV/NLT-Hy A/ica皮芯納米纖維支架對(duì)細(xì)胞無(wú)毒性,且有益于細(xì)胞的增殖和生長(zhǎng)。它還可以促進(jìn)細(xì)胞的早期、中期和晚期成熟,利于細(xì)胞礦化,分泌特有的蛋白和形成鈣沉積。利用靜電紡及同軸靜電紡技術(shù)制備多種復(fù)合納米纖維支架并用于骨組織再生,研究納米纖維對(duì)成骨細(xì)胞粘附、鋪展、增殖和成熟的影響,對(duì)促進(jìn)骨組織工程支架的開發(fā)和利用意義重大。本論文首次系統(tǒng)地分析了羥基磷灰石的形態(tài)和含量對(duì)納米纖維支架各性能的影響。全面探索了皮層驅(qū)動(dòng)和芯層驅(qū)動(dòng)情況下皮芯納米纖維穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的成形機(jī)理。創(chuàng)新性地將鈣鈦礦類無(wú)機(jī)物Na2La2Ti O3O10引入同軸靜電紡絲體系,發(fā)掘了負(fù)載鈣鈦礦類無(wú)機(jī)物的皮芯納米纖維支架在骨組織工程領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值。
[Abstract]:A new type of scaffold for bone tissue engineering is composed of poly aspartic acid ( PAA ) , chitosan ( chitosan , CTS ) and hyaluronic acid ( Na2Ti O3O10 , NLT ) . In order to treat bone tissue diseases , it has been found that the better biological activity of PHBV / CTS / HA8 is better than that of PHBV / CTS / HA4 . In this paper , the influence of the morphology and content of hydroxyapatite on the adhesion , spreading , proliferation and maturation of the scaffold is studied . The results show that PHBV / NLT - HY A / ica sheath - core nano - fiber scaffold has no toxicity to the cells and is beneficial to the proliferation and maturation of cells .

【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：R318.08;TQ340.64

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本文編號(hào)：1443793