含纳米纤维样组份的丝素多孔材料的研究

摘要

随着对组织再生、细胞在三维支架中体外增殖研究的深入，研究者逐渐发现组织工程支架除了要具备优异的生物相容性和生物可降解性能外，还应该具有合适的孔结构和与天然细胞外基质相似的纳米纤维结构，以利于细胞粘附、增殖、迁移、分化，从而实现对受损组织和器官的修复和再生。本文通过调控丝素大分子的自组装形成纳米纤维的组份，研究了该结构的形成对冷冻干燥法制备的丝素多孔材料的孔形态的影响。用添加甘油和真空水蒸气处理两种方法来调控丝素多孔材料的二级结构，研究了甘油添加量对丝素多孔材料的酶降解性能的影响。此外，还研究了含纳米纤维样组份的丝素多孔材料对大鼠骨髓间充质干细胞粘附、增殖的影响。
　　 通过将丝素溶液在60℃缓慢浓缩处理，AFM观察可知丝素大分子在浓缩处理过程中自组装形成类似纳米纤维的结构。将浓缩处理前后的丝素溶液用冷冻干燥法制备成多孔材料，SEM、X-射线衍射和红外光谱分析表明，纳米纤维样结构使丝素多孔材料的孔形状较圆整。
　　 在经过缓慢浓缩处理的丝素溶液中添加不同含量的甘油来制备多孔材料(丝素/甘油质量比100:0、100:20、100:40、100:60、100:80)。X-射线衍射、红外光谱、DSC和TGA曲线分析表明，当丝素/甘油质量比为100/20时丝素的结晶结构由无规向silkⅠ结构转变，随着甘油添加量的继续增多，丝素的结晶结构由silkⅠ结构逐渐转变为silkⅡ结构，热力学稳定性增强。甘油含量越多的丝素多孔材料在XIV蛋白酶中的降解速率越慢，在酶降解过程中，丝素中的无规结构逐渐减少，α螺旋结构也略有降低，β-折叠结构的含量升高。真空水蒸气处理不同的时间的丝素多孔材料，通过X-射线衍射、红外光谱、DSC和TGA曲线分析表明，真空水蒸气处理使丝素形成了大量的silkⅠ结构，分峰拟合结果显示水蒸气处理时间越长丝素的结晶度越高，水中的稳定性也随处理时间增长而越稳定。
　　 通过体外细胞培养，研究了大鼠的骨髓间充质干细胞在添加不同量甘油的丝素多孔材料、真空水蒸气处理的丝素多孔材料以及盐析法制备的丝素多孔材料上的生长和增殖情况，激光共聚焦显微镜和DNA含量结果表明，用浓缩处理的丝素溶液制备的多孔材料的细胞增殖情况都比盐析法制备的丝素多孔材料要好，这与丝素多孔材料所含的纳米纤维样的组份有关。
　　 本文提供了一种在全水溶液环境，没有使用有毒的化学试剂和有机溶剂的条件下制备出孔结构和二级结构可控的含有纳米纤维组份的丝素多孔材料的方法，可望为组织工程或组织诱导领域提供一种性能优良的新的可选择支架。