【摘要】：制備具有生物相容性和生物可吸收降解性的可再生骨損傷修復(fù)支架材料是再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。本文以自然骨的成分和微結(jié)構(gòu)為依據(jù)進(jìn)行材料的設(shè)計(jì)和制備。以具有良好生物性能和骨修復(fù)能力的殼聚糖(CS)、聚氧化乙烯(PEO)和明膠(GEL)為原料,通過同軸靜電紡絲技術(shù)制備了核殼結(jié)構(gòu)的CS-PEO@GEL納米纖維。殼聚糖和明膠結(jié)合可以得到一種精氨酸、甘氨酸和天冬氨酸序列(RGD序列),在成分上可以有效地模擬骨組織的有機(jī)相。采用化學(xué)沉積法在CS-PEO@GEL納米纖維表面沉積羥基磷灰石(HAP),羥基磷灰石具有優(yōu)異的骨傳導(dǎo)性、無免疫性、生物活性等,可以有效地模擬骨組織中無機(jī)相。有機(jī)與無機(jī)二者結(jié)合可以進(jìn)一步提高材料的生物活性。采用同軸靜電紡絲技術(shù)得到了具有三維多孔結(jié)構(gòu)的纖維膜,具有大的比表面積,能夠促進(jìn)細(xì)胞的粘附增殖,還有利于小分子營養(yǎng)物質(zhì)的傳輸和氧氣的進(jìn)入以及代謝產(chǎn)物的排出。為了與核殼結(jié)構(gòu)的CS-PEO@GEL納米纖維做對(duì)比,同時(shí)采用單溶液靜電紡絲技術(shù)制備了CS-PEO纖維,GEL纖維以及CS-PEO-GEL混合纖維,并將羥基磷灰石分別沉積在這三種纖維上。本文對(duì)材料的成型條件以及生物活性進(jìn)行了探究。其結(jié)果如下:一、用同軸靜電紡絲的技術(shù)將CS-PEO乙酸溶液作為殼溶液,GEL乙酸溶液作為核溶液,制備出核殼結(jié)構(gòu)的CS-PEO@GEL纖維,得到了具有三維多孔結(jié)構(gòu)的復(fù)合支架材料。其中PEO和GEL的高可紡性成功地解決了CS溶液難紡絲的問題。殼聚糖溶液和明膠溶液的濃度大小對(duì)纖維成型具有明顯的影響。SEM和TEM結(jié)果顯示CS-PEO@GEL納米纖維表面均勻光滑,并具有明顯的核殼結(jié)構(gòu)。接觸角測試顯示加入親水性較好的聚氧化乙烯和明膠能有效地提高殼聚糖的親水性。二、用3%(V/V)的戊二醛溶液對(duì)CS-PEO@GEL纖維進(jìn)行化學(xué)交聯(lián),成功地提高了纖維的水穩(wěn)定性。CS-PEO@GEL薄膜在水中不僅不溶解,原先的三維多孔微觀結(jié)構(gòu)還保存得很完整。三、通過化學(xué)沉積法制備HAP@CS-PEO@GEL復(fù)合支架材料,并研究了沉積循環(huán)次數(shù)、不同礦化模板、pH值以及溫度對(duì)沉積HAP的影響。進(jìn)行一次沉積,100 nm左右片狀結(jié)構(gòu)的HAP納米顆粒均勻地包覆CS-PEO@GEL納米纖維,復(fù)合材料保留三維多孔結(jié)構(gòu);而進(jìn)行兩次沉積后,過多的納米顆粒覆蓋導(dǎo)致三維多孔結(jié)構(gòu)消失。與單紡的殼聚糖-聚氧化乙烯纖維、明膠纖維、殼聚糖-聚氧化乙烯-明膠混合纖維相比,核殼結(jié)構(gòu)的殼聚糖-聚氧化乙烯@明膠纖維中,以殼聚糖-聚氧化乙烯作為殼層,有利于螯合溶液中的Ca~(2+),提高了羥基磷灰石的沉積效率。高分辨透射電鏡和XRD顯示該羥基磷灰石為P63/m六方晶系;EDS結(jié)果表明材料中的Ca/P原子比為1.64,與羥基磷灰石分子式中的Ca/P原子比(1.67)相近。四、將CS-PEO纖維、HAP@CS-PEO纖維、GEL纖維、HAP@GEL纖維、CS-PEO-GEL混合纖維、HAP@CS-PEO-GEL混合纖維、CS-PEO@GEL納米纖維和HAP@CS-PEO@GEL納米纖維進(jìn)行細(xì)胞毒性和細(xì)胞增殖測試。MG-63細(xì)胞在所有樣品的浸提液中培養(yǎng)48 h后,細(xì)胞活性都超過了80%,說明所有樣品毒性較低,可以進(jìn)行后續(xù)的細(xì)胞增殖實(shí)驗(yàn)。MG-63細(xì)胞接種在支架材料上共同培養(yǎng)了1,3,5,7天后,細(xì)胞數(shù)量隨時(shí)間的推移而增加,說明細(xì)胞成功地粘附在材料上并且繼續(xù)生長增殖。從成分上對(duì)比,殼聚糖和明膠復(fù)合材料的生物活性比單純的殼聚糖和明膠的生物活性要高。相對(duì)于成分一樣的CS-PEO-GEL混合纖維和CS-PEO@GEL纖維來說,細(xì)胞在CS-PEO@GEL纖維部分區(qū)域密度比在CS-PEO-GEL混合纖維大,說明殼聚糖作為殼層可以充分利用分子鏈上的氨基基團(tuán),促進(jìn)細(xì)胞的增殖。當(dāng)羥基磷灰石負(fù)載在聚合物纖維上后,與純聚合物對(duì)比,MG-63細(xì)胞在材料上的生長狀態(tài)比純聚合物有著明顯的提高。影響細(xì)胞的生長不僅僅取決于材料的組成成分,還取決于材料的微觀結(jié)構(gòu)。三維多孔結(jié)構(gòu)在后續(xù)的細(xì)胞培養(yǎng)中為細(xì)胞生長提供良好的環(huán)境,利于細(xì)胞的生長。綜上,具有核殼結(jié)構(gòu)的CS-PEO@GEL納米纖維并負(fù)載了羥基磷灰石的復(fù)合支架材料生物相容性最好,在骨組織修復(fù)工程中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
【圖文】：

中間留有一個(gè)通道(Haversian canal)(圖 1.1c)，方便神經(jīng)、淋巴管和血管的穿過；而骨小梁(圖1.1d)中間是沒有通道的，與骨皮質(zhì)相互連接，呈現(xiàn)出三維多孔結(jié)構(gòu)。在宏觀尺寸上(圖 1.1e)，骨皮質(zhì)在骨頭的外圍，質(zhì)地緊密，也稱骨密質(zhì)。而骨小梁則分布在骨髓腔內(nèi)并且呈現(xiàn)出一種不規(guī)則的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，也稱骨松質(zhì)。在骨修復(fù)材料早期研究中利用的是骨的主要成分羥基磷灰石或者Ⅰ型膠原蛋白作為原料來探究骨修復(fù)材料的制備。如 Sun L J[18]等認(rèn)為利用濕化學(xué)方法將骨主要成分羥基磷灰石與鈰復(fù)合制備出的鈰-羥基磷灰石(Ce-HAP)粉末可作為骨修復(fù)的生物材料。Minardi S[19]等利用Ⅰ型膠原蛋白、鎂和羥基磷灰石作為原料，，制備出鎂-羥基磷灰石-膠原蛋白(Mg-HAP-Col)復(fù)合材料也能起到骨修復(fù)的作用。再然后就是用些生物活性更好的且相似的材料去替換，如 Steven Elder[20]利用殼聚糖和 CaP 作為原料通過冷凍干燥的方法制備出具有多孔結(jié)構(gòu)的殼聚糖-CaP 生物支架材料。在培養(yǎng)人類間充質(zhì)干細(xì)胞時(shí)發(fā)現(xiàn)這種三維多孔結(jié)構(gòu)具有較大的比表面積，為細(xì)胞的粘附、增殖、分化提供了良好的環(huán)境，多孔結(jié)構(gòu)還有利于于小分子營養(yǎng)物質(zhì)的傳輸和氧氣進(jìn)入、代謝產(chǎn)物的排出。

圖 1.2 冷凍干燥法制備的羥基磷灰石/殼聚糖/明膠三維多孔結(jié)構(gòu)支架材料的掃描電鏡圖 SEM micrographs of HA/Cs/Gel scaffolds prepared by the combination of particle leachifreeze drying methods電紡絲技術(shù)制備骨損傷修復(fù)生物支架材料的研究現(xiàn)狀電紡絲技術(shù)簡介電紡絲技術(shù)(Electrospinning)最早是由 Formhals[43]在 1934 年提出來的，是一種
【學(xué)位授予單位】：浙江理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：R318.08

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2609198