表面功能化的梯度聚乳酸/壳聚糖电纺丝纤维支架的构建及性能研究

摘要

目前的血管支架材料基本都是单一结构，并不能完美的替代人体的血管，如何构建拥有类似天然血管结构的支架材料在组织工程领域具有重要意义。另一方面，由于植入材料所引起的细菌、真菌感染医疗事故的增多，赋予植入材料本身一定的抗菌性能成为近年来的研究热点。 首先，我们基于聚乳酸纤维膜表面上的聚多巴胺梯度层制备了连续的肝素梯度表面。通过扫描电镜、红外光谱、接触角测试和X-射线光电子能谱等分析技术对纤维膜表面的物理化学性质进行了表征。接触角和肝素含量的实验结果表现出了连续的梯度变化。蛋白吸附、溶血率、凝血时间、补体激活和血小板激活结果证明纤维膜表面肝素的存在能提高材料的血液相容性，并且材料血液相容性提高的程度与材料表面的肝素含量成正相关。 其次，我们利用多巴胺的自聚合反应和类贻贝蛋白强粘附能力的特性，在纤维膜表面固定了一层聚多巴胺层，然后利用共价结合和原位还原反应在多巴胺层表面固定肝素和纳米银。通过扫描电镜、红外光谱、接触角测试和X-射线光电子能谱等分析技术对纤维膜表面的物理化学性质进行了表征。通过热重分析和能谱仪面扫描表征了材料上纳米银的含量和分布情况。大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的细菌生长曲线以及抑菌圈实验证明了材料具有良好的抑菌性能。蛋白吸附、溶血率、凝血时间、补体激活和血小板激活等实验证明了材料拥有良好的血液相容性。细胞增殖和活死染色实验结果表明改性后的纤维膜仍具有良好的细胞相容性。这种抗菌/抗凝血双功能表面在与血液接触材料领域有很大的应用前景。 最后，我们利用共混静电纺丝技术制备梯度结构的聚乳酸/壳聚糖（gPLLA/CS）电纺丝纤维支架，并利用层层自组装技术在纤维膜壳聚糖表面固定肝素和抗菌肽，然后对其物化结构和成分，血液相容性，抗菌性能进行了表征。然后我们在梯度纤维支架的PLLA表面接种成纤维细胞，CS表面接种内皮细胞，分别评估了纤维膜两个表面对成纤维细胞和内皮细胞形貌、增殖活性和细胞毒性的影响。实验结果表明，与gPLLA/CS纤维膜相比，经肝素和抗菌肽改性后的gPLLA/CS梯度纤维膜壳聚糖表面具有更良好的血液相容性和抑菌性能，在细胞实验方面，经肝素和抗菌肽改性后的壳聚糖表面对内皮细胞基本无细胞毒性作用，而且能促进内皮细胞在材料表面的粘附。另一方面，成纤维细胞在PLLA表面生长增殖状态也十分良好。该梯度结构支架具有类似天然血管的三维结构，能诱导成纤维细胞和内皮细胞的生长分布，在血管支架领域拥有十分大的应用前景。

目录

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1.1静电纺丝纤维

1.1.1静电纺丝纤维的介绍

1.1.2静电纺丝纤维在生物医药方面的应用

1.2功能梯度材料

1.2.2功能梯度材料的制备

1.2.3功能梯度材料在生物医药方面的应用

1.3抗菌/抗凝血双功能表面

1.3.1材料的血液相容性

1.3.2材料的抗菌性能

1.3.3抗菌/抗凝血双功能表面的研究现状

1.4课题的提出及研究内容

2.1 主要试剂与仪器

2.1.1 主要试剂

2.1.2 主要仪器

2.2 实验部分

2.2.1静电纺丝纤维的制备

2.2.2多巴胺表面梯度的制备

2.2.3肝素表面梯度的制备

2.2.4表面梯度聚乳酸纤维膜的表征

2.2.5蛋白吸附实验

2.2.6纤维膜的溶血率和纤维膜上的红细胞形貌

2.2.7纤维膜对凝血时间的影响

2.2.8纤维膜对血小板激活和血小板形貌的影响

2.2.9纤维膜对补体激活的影响

2.3 结果与讨论

2.3.1梯度表面的肝素含量

2.3.2纤维膜的微观形貌

2.3.3纤维膜的接触角测试

2.3.4纤维膜的红外光谱图

2.3.5 X射线光电子能谱（XPS）分析

2.3.6蛋白吸附实验

2.3.7溶血率测试和红细胞形貌

2.3.8纤维膜对凝血时间的影响

2.3.9纤维膜对血小板活和血小板形貌的影响

2.3.10纤维膜对补体激活的影响

2.4本章小结

3.1 主要试剂与仪器

3.1.1主要试剂

3.1.2主要仪器

3.2实验部分

3.2.1抗菌抗凝血双功能表面的制备

3.2.2纤维膜的表征

3.2.3抗菌性能测试

3.2.4蛋白的吸附实验

3.2.5纤维膜的溶血率

3.2.6纤维膜对凝血时间的影响

3.2.7纤维膜对血小板形貌和血小板激活的影响

3.2.8纤维膜对补体激活的影响

3.2.9纤维膜的细胞毒性评估

3.3结果与分析

3.3.1纤维膜的微观形貌与EDS分析

3.3.2接触角测试

3.3.3 X射线光电子能谱（XPS）分析

3.3.4纤维膜的红外、XRD和热重分析

3.3.5抗菌性能测试

3.3.6蛋白吸附实验

3.3.7纤维膜的溶血率

3.3.8纤维膜对凝血时间的影响

3.3.9纤维膜对血小板形貌和血小板激活的影响

3.3.10 纤维膜对补体激活的影响

3.3.11 纤维膜的细胞毒性评估

3.4本章小结

4.1 主要试剂与仪器

4.1.1主要试剂

4.1.2主要仪器

4.2实验方法

4.2.1聚乳酸/壳聚糖梯度纤维支架的制备

4.2.2肝素/抗菌肽层层自组装

4.2.3梯度纤维支架的表征

4.2.4抗菌性能测试

4.2.5细胞毒性实验

4.2.6溶血率、凝血时间和蛋白吸附实验

4.2.7内皮细胞在纤维支架表面的黏附

4.2.8内皮/成纤维细胞在纤维支架上的增殖情况

4.2.9细胞活死分析和微观形貌

4.3实验结果与分析

4.3.1纤维支架梯度结构的表征

4.3.2纤维支架的微观形貌

4.3.3纤维支架的红外光谱图

4.3.4接触角测试

4.3.5 X衍射光电子能谱（XPS）分析

4.3.6抗菌性能测试

4.3.7溶血率、凝血时间和蛋白吸附实验

4.3.8细胞毒性试验

4.3.9内皮细胞在纤维支架表面的黏附

4.3.10内皮/成纤维细胞在纤维支架上的增殖情况

4.3.11细胞在纤维支架上的形貌

4.3.12细胞活死分析

4.4本章小结