同轴静电纺技术纺制芯-壳结构PLCL-SF纤维的研究

摘要

用静电纺丝技术制备的纳微米级纤维支架，因其纤维直径小、比表面积大、孔隙率高，与天然细胞外基质的结构相近，有助于细胞的粘附和增殖，用于组织工程的前景广阔。近几年来，同轴静电纺丝技术得到了迅速发展，并且制备出的芯-壳结构的纤维材料性能独特。本文用丝素(SF)为壳、聚L-丙交酯-co-己内酯共聚物(PLCL)为芯进行同轴电纺，制备芯-壳结构超细纤维网（简称C-SF/PLCL），既利用的SF良好的生物相容性，又利用PLCL良好的机械性能，且芯或壳材料都可被生物降解。
　　 扫描电镜(SEM)观察到通过同轴电纺技术制备的超细纤维的微观形貌良好，透射电镜(TEM)观察结果表明该超细纤维具有芯-壳结构。通过电子激发能谱分析及相关计算证明了C-SF/PLCL电纺网中存在较高比例的芯-壳结构的纤维。当以HFIP作为壳层SF的溶剂，以HFIP:CH2Cl2=8:2作为芯层PLCL的溶剂，壳／芯层粘度比为2.5/2.7，流速比为1.8/0.6，纺丝距离为12cm，电压8-12kV的条件下，能够形成稳定的泰勒锥，从而成功纺制芯一壳结构的纤维网。
　　 X-射线衍射、红外光谱测试结果表明，静电纺丝网中的SF组份中含有一定量的silkⅠ结构，经过乙醇处理后尺寸收缩，凝聚态结构明显地向silkⅡ结构转变；而PLCL组份在乙醇处理前后无明显变化。经乙醇处理后静电纺纤维网内的SF和PLCL均不溶于水。用同轴静电纺技术纺制的C-SF/PLCL纤维网的断裂强度和断裂伸长率明显大于SF，从而能显著改善静电纺丝素纤维网的力学性能。
　　 通过体外细胞培养，研究了EA.hy926细胞在不同静电纺网上的生长情况。MTT活性实验表明，在C-SF/PLCL电纺网上的细胞活力与在SF电纺网上相近，略高于SF/PLCL共混静电纺丝网，明显高于PLCL电纺网。扫描电镜(SEM)、激光共聚焦显微镜(LSCM)观察结果显示，EA.hy926细胞能够在SF、PLCL、B-SF/PLCL和C-SF/PLCL四种静电纺丝网的表面紧密粘附、充分伸展、形态正常，相互之间连接紧密，细胞数量随时间的延长而逐渐增多。其中C-SF/PLCL电纺网相对于其他三种电纺网，由于SF组分良好的生物相容性，细胞在C-SF/PLCL上的粘附、伸展、生长、增殖状态与SF、SF/PLCL共混静电纺网(简称B-SF/PLCL)相似，但明显优于PLCL电纺网。
　　 这些良好的性能为该双组分纤维构成的三维材料作为血管、神经等组织修复的支架提供了潜在的应用可能，有进一步探讨和开发的价值。

目录

声明

第一章 引言

1.1 同轴静电纺丝

1.1.1 同轴电纺的原理

1.1.2 同轴电纺的研究现状

1.1.3 同轴电纺的影响因素

1.1.4 同轴电纺丝技术的应用领域

1.2 丝素(SF)

1.2.1 丝素蛋白的结构

1.2.2 SF电纺网在生物医学领域的应用

1.3 聚L-丙交酯-co-已内酯(PLCL)

1.3.1 聚L-丙交酯

1.3.2 聚己内酯

1.3.3 聚L-丙交酯-co-己内酯

1.4 本课题研究的主要目的和内容

第二章 纺丝工艺参数对SF/PLCL双组份纤维形态的影响

2.1 材料与方法

2.1.1 实验材料

2.1.2 实验仪器

2.1.3 实验方法

2.2 结果与讨论

2.2.1 SF静电纺纤维网

2.2.2 PLCL静电纺纤维网

2.2.3 SF/PLCL共混静电纺纤维网(B-SF/PLCL)

2.2.4 SF/PLCL同轴静电纺纤维网(C-SF/PLCL)

2.2.5 电纺网的电子激发能谱分析

2.3 本章小结

第三章 芯-壳结构PLCL/SF纤维的凝聚态结构和物理性能

3.1 材料与方法

3.1.1 实验材料

3.1.2 实验仪器

3.1.3 实验方法

3.2 结果与讨论

3.2.1 电纺纤维的X-射线衍射分析

3.2.2 电纺纤维的红外吸收光谱分析

3.2.3 电纺网的力学性能

3.3 本章小结

第四章 芯-壳结构PLCL/SF纤维网的细胞相容性

4.1 材料与方法

4.1.1 实验材料

4.1.2 实验仪器

4.1.3 实验方法

4.2 结果与讨论

4.2.1 细胞培养

4.2.2 细胞粘附率

4.2.3 细胞活力

4.2.4 扫描电镜

4.2.5 激光共聚焦显微镜观察细胞增殖

4.3 本章小结

第五章 结语

5.1 全文结论

5.2 本文的主要研究成果

5.3 今后进一步的研究计划

参考文献

攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文

致谢