細菌纖維素(BC)是由葡糖醋桿菌屬分泌的纖維素納米纖維,其內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)精細發(fā)達。因其具有獨特的多層次精細微納結(jié)構(gòu),故它對液體和氣體的透過率高,并且具有高結(jié)晶度、聚合度的特性以及良好的機械性能,同時吸水性和保水性能優(yōu)異,在濕態(tài)下可進行原位加工成型。以上優(yōu)異的綜合性能使細菌纖維素應(yīng)用于特殊領(lǐng)域,尤其作為醫(yī)用支架材料。本文旨在描述利用細菌纖維素生成過程中葡糖醋桿菌運動的可控性,生物合成了平面、管式及圖案化的的細菌纖維素組織工程支架,并分析其理化性質(zhì),同時還通過細胞和動物實驗評價了其生物相容性及生物安全性。綜上結(jié)果表明細菌纖維素作為生物醫(yī)用材料在組織工程領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。 首先,使用葡糖醋桿菌作為細菌纖維素合成的功能菌種。利用葡糖醋桿菌好氧性的特性,采用錐形瓶、PDMS管式模具和圖案化瓊脂糖三種模具,通過對氧氣供應(yīng)、宏觀表觀外形和有序微觀結(jié)構(gòu)的控制,成功獲得了平面、管式及圖案化的納米纖維素材料。結(jié)果表明模板可有效調(diào)控葡糖醋桿菌分泌納米纖維素的方向和織態(tài)結(jié)構(gòu),并可原位合成復(fù)雜形狀的細菌纖維素材料。然后,我們進一步分析了三種培養(yǎng)方式獲得的細菌纖維素的理化性質(zhì)。傅立葉紅外檢測的結(jié)果表明,合成的平面細菌纖維素有著C=O、C-H、O-H等特征峰；X衍射結(jié)果得到16°和22.75°的衍射特征峰,它們也代表了平面細菌纖維素的Ⅰ型晶型結(jié)構(gòu)；通過熱失重分析表明平面細菌纖維素在體內(nèi)37℃的環(huán)境中能保持足夠穩(wěn)定；力學(xué)測試證實管式細菌纖維素的彈性模量可達3.94±0.12MPa,與實體血管相當；此外,通過原子力顯微鏡(AFM)和掃描電鏡(SEM)得到的結(jié)果表明圖案化細菌纖維素纖維的取向具有誘導(dǎo)細胞生長的趨向。 最后,我們對以上三種培養(yǎng)方式的到的細菌纖維素進行生物相容性分析。通過血液相容性測試,平面細菌纖維素的體外動態(tài)凝血時間大于60分鐘,溶血率小于1%,可以初步判斷材料具有較佳的血液相容性；通過骨、血管、神經(jīng)和腸組織工程的種子細胞,在平面細菌纖維素(種植人脂肪干細胞)、管式細菌纖維素(種植人血管內(nèi)皮細胞、人血管平滑肌細胞和人血管成纖維細胞)和圖案化細菌纖維素(種植鼠腸道神經(jīng)元細胞和鼠腸道平滑肌細胞、鼠大腦神經(jīng)元細胞)上貼壁粘附生長情況的CCK-8增殖測試發(fā)現(xiàn)各類細胞可以在細菌纖維素表面完成完整的生長周期。在對各類細胞的特異性染色觀察中,各類細胞標志物均在細菌纖維素表面有陽性表現(xiàn),表明細菌纖維素對細胞的粘附、增殖和遷移有著一定的引導(dǎo)作用；另外,通過動物實驗發(fā)現(xiàn)細菌纖維素在動物體內(nèi)不會引起動物的免疫反應(yīng),且表現(xiàn)出對缺損器官良好的修復(fù)輔助性能。 基于細菌纖維素的組織工程支架材料,通過模具可設(shè)計和制備不同形狀的材料,并可調(diào)控纖維素纖維的織態(tài)結(jié)構(gòu)。同時材料具有高結(jié)晶度,良好的熱穩(wěn)定性和機械性能,尤其是在細胞和個體的評價上,細菌纖維素展現(xiàn)出良好的生物相容性,作為一種新型生物醫(yī)用材料在組織工程領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：R318.08
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 生物醫(yī)用材料研究進展
    1.2 細菌纖維素研究進展
    1.3 人工骨、血管、腸道和神經(jīng)研究進展
    1.4 微納及軟蝕刻技術(shù)研究進展
    1.5 本文的主要研究內(nèi)容
2 細菌纖維素的制備
    2.1 引言
    2.2 實驗材料與儀器
    2.3 實驗步驟
    2.4 實驗結(jié)果與討論
    2.5 本章小結(jié)
3 細菌纖維素的理化表征
    3.1 引言
    3.2 實驗材料與儀器
    3.3 實驗步驟
    3.4 實驗結(jié)果與討論
    3.5 本章小結(jié)
4 細菌纖維素生物相容性評價
    4.1 引言
    4.2 實驗材料與儀器
    4.3 實驗步驟
    4.4 實驗結(jié)果與討論
    4.5 本章小結(jié)
5 總結(jié)與展望
    5.1 總結(jié)
    5.2 展望
致謝
參考文獻
附錄1 攻讀學(xué)位期間主要研究成果
附錄2 主要符號和縮略詞表

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本文編號：2875971