纤维增强家蚕丝蛋白支架的设计及其在组织修复材料中的应用

摘要

蚕丝具有超强的强度、良好的生物相容性和生物可降解性受到了研究者青睐。目前，蚕丝已经从传统的纺织材料转变成具有普适性的生物材料，在组织工程领域显示出良好的应用前景。但是，再生丝蛋白生物材料的力学性能无法与蚕丝相媲美，以至于在临床上使用时，其生物力学性能难以满足生理活动和移植需要，最终导致材料破裂。有研究表明丝蛋白优异的综合性能与其纳米组装结构有关。因此，如何利用蚕丝本身的优异的力学性能和调控丝蛋白纳米结构来设计增强型丝蛋白支架，使得支架材料更广泛地应用于组织工程。
　　本文基于天然血管的结构及其在生理条件下的力学特征，采用静电纺和编织技术相结合，设计制备具有三层管壁结构的小口径人造血管。采用不同比例的丝蛋白（SF）/聚左旋乳酸-己内酯（PLCL）复合管状材料作为人造血管的内层和中层，以满足其在真实体内环境中力学的要求。采用熟丝编织管作为外层，来满足天然血管外层模量大的要求。随后，在生理条件下对该人造血管的机械性能进行测试，并与天然血管进行比较，该小口径人造血管基本满足天然血管的力学要求。体外细胞实验结果表明，该管状材料的细胞相容性较好，有望成为一种有潜力的血管替代物。
　　另一方面，基于丝蛋白纳米结构组装机理，通过丝蛋白的纳米结构来实现对力学性能调控。首先，通过快速浓缩-缓慢浓缩-温度处理得到丝蛋白纳米纤维溶液。我们将丝蛋白纳米纤维溶液加入到丝蛋白原溶液中，通过外加电场作用，经过冷冻干燥处理后，可以得到具有各向异性的支架。本文主要探讨混合比和浓度对具有各向异性支架的结构和力学性能的影响。当混合体系中丝蛋白总浓度为2％时，通过改变纳米纤维含量可以调控支架的结构和力学性能。当纳米纤维溶液与丝蛋白原溶液比为1:1时，支架机械性能最好。当混合体系中丝蛋白总浓度为7%时，随着丝蛋白纳米纤维含量越多，支架微观结构的取向性越好，支架的力学性能越好。
　　综上所述，本文利用蚕丝本身优异的力学性能，采用编织和静电纺相结合的方法制备具有三层管壁结构的小口径人造血管，获得优化的力学性能和细胞相容性。基于自组装机理，对不同纳米结构的丝蛋白的混合比和浓度调控，可以得到结构和力学可控的各向异性支架。

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第一章 引 言

1.1组织工程和组织工程用生物材料

1.2丝蛋白作为组织工程用生物材料

1.3纤维增强丝蛋白组织工程材料

1.4 本研究的目的和内容

第二章 基于天然血管顺应性要求的复合管状材料制备

2.1材料与方法

2.2结果与讨论

2.3本章小结

第三章 复合管状材料的细胞相容性研究

3.1 材料与方法

3.2 结果与讨论

3.3 本章小结

第四章 具有三层管壁结构的小口径人造血管的制备及力学性能研究

4.1 材料与方法

4.2结果与讨论

4.3本章小结

第五章 基于自组装机理制备的纤维增强各向异性支架

5.1 材料与方法

5.2结果与讨论

5.3 本章小结

第六章 结论与展望

6.1结论

6.2 展望

参考文献

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