静电纺丝法制备PCL_PLA纳米纤维及其在生物材料方面的研究

摘要

静电纺丝是目前制备连续纳米纤维的一种技术。它利用高压电场将聚合物拉伸细化形成一维的纳米纤维，由于通过静电纺丝制备的纳米纤维具有连续的长度和较大的比表面积，从而被广泛地应用于组织工程支架或模仿的细胞外基质，作为细胞生长等功能性支架材料。但因其特殊的用途，在材料的选择上，需要选择生物相容性较好和具有可降解性等特性材料。
　　 本文采用聚己内酯、聚乳酸共混等作为支架材料，利用静电纺丝技术制备了复合纳米纤维支架。首先，对其共混材料的纺丝工艺条件进行优化，制备出均一性较好的纳米纤维，同时制备出与生物材料要求相符合的纳米纤维膜，通过扫描电镜(SEM)、红外光谱观察纳米纤维的表观形貌和物质组成情况;再利用拉伸测试、荧光光谱、爆破强度等对支架的应力应变、生物适应性以及血管材料所能承受的爆破压等进行性能的表征。
　　 结果显示:当静电纺丝参数条件为:PCL/PLA两组分配比为1∶1、溶液总浓度为8％-10％wt、纺丝电压为28KV-30KV、接收距离为10cm-15cm时，所制备出的纳米纤维形貌和直径分布均较好。当保持纺丝电压、接收距离等工艺条件不变，使溶液浓度从6％-8％增大时，串珠减少，纤维直径增大，但均匀性变好，当溶液浓度从8％-12％增大时，纤维直径变粗，且伴随着纤维的断裂，无法得到连续的纤维;当控制溶液浓度、接收距离等其他工艺条件不变时，电压从24KV升高到28KV，纤维直径下降，且串珠也逐渐消失，而电压继续升高到38KV时，纤维直径明显变粗，形成了表面粗糙的纤维膜;当控制溶液浓度、纺丝电压等其它工艺条件不变，改变接收距离时发现当接收距离为5cm时，纤维呈扁平状，当距离为20cm时，接收到的纤维量明显较少。
　　 控制纺丝工艺条件为:两组分配比为1∶1、浓度为8％wt、纺丝电压为30KV、接收距离为10cm时，利用滚筒收集纺丝纤维，从SEM图可知，转速为1000r/min时，能够收集到具有较高径向取向的纳米纤维，红外分析表明PCL/PLA共混纤维膜中两组分中并没有出现新的吸收峰，表明在静电纺丝中并没有发现基团的变异等现象，结合扫描电镜、力学性能测试和爆破强度测试等综合数据，可得知，当PCL/PLA两组分的比例为5∶5，浓度为8％时，纺丝电压为30KV，收集距离为10cm，收集转速为1000r/min时，能够制备出综合性能较好的纳米纤维，同时，作为血管支架材料，制备出接近人体所需要承受的压力的材料。另外，将荧光蛋白引入静电纺丝血管支架材料中，经过培养基进行培养，研究了荧光蛋白在一定的时间内的释放速度，通过荧光光谱进行表征，其饱和浓度大约为20.5mg/ml。
　　 本论文研究结果表明，通过静电纺丝制备PCL/PLA一定配比下的纳米纤维血管支架材料具有一定的力学性能和生物性能。在工程支架的制备工艺中，静电纺丝纤维具有优异的多孔性，在一定的结构空间上存在三维的多孔支架结构，能够满足组织工程等需要。

目录

摘要

CONTENTS

第一章 结论

1．1 引言

1．2 高压静电纺丝的概述

1．2．1 静电纺丝技术

1．2．2 静电纺丝的基本原理

1．3 高压静电纺丝的基本装置

1．3．1 高压电源

1．3．2 喷丝头

1．3．3 接收装置

1．4 静电纺丝的影响因素

1．4．1 静电纺丝聚合物参数的影响

1．4．2 静电纺丝溶剂参数的影响

1．4．3 静电纺丝溶液参数的影响

1．4．4 静电纺丝过程参数的影响

1．4．5 静电纺丝环境参数的影响

1．5 静电纺丝的应用

1．5．1 过滤与环境清洁材料

1．5．2 纳米电子与电极材料

1．5．3 传感材料与催化材料

1．5．4 生物医学方面的应用

1．6 静电纺丝研究概况

1．7 本课题研究的内容、意义以及创新点

第二章 PCL／PLA静电纺丝工艺参数的研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验材料和仪器

2．2．2 PCL／PLA纺丝液的制备方法

2．3 表征和分析

2．4 结果与讨论

2．4．1 DMF对纤维形貌的影响

2．4．2 不同配比对纤维形貌的影响

2．4．3 溶液浓度对纤维直径和形貌的影响

2．4．4 电压对纤维直径和形貌的影响

2．4．5 收集距离对纤维直径和形貌的影响

2．5 本章小结

第三章 PCL／PLA纳米纤维管的制备及性能研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验仪器和设备

3．2．2 PCL-PLA混合纳米纤维管的制备

3．2．3 含荧光蛋白的PCL／PLA电纺丝的制备

3．3 表征和分析

3．3．1 扫描电镜(SEM)

3．3．2 红外光谱(IR)

3．3．3 力学性能

3．3．4 爆破强度

3．3．5 荧光光谱

3．4 结果与讨论

3．4．1 SEM形貌的表征

3．4．2 红外光谱的表征

3．4．3 力学性能的表征

3．4．4 爆破强度的表征

3．4．5 静电纺丝中荧光蛋白在荧光光谱中的表征

3．5 本章小结

结论

参考文献

硕士期间发表的论文

声明

致谢