静电纺漏斗网蛛蛛丝纳米纤维的制备、表征及其生物相容性研究

摘要

静电纺丝技术是目前制备纳米纤维最重要的基本方法之一。这一技术的核心是使聚合物熔体或溶液在高压静电作用下，克服表面张力形成一股带电的喷射流，之后纤维固化，纳米级纤维以无序状排列在收集板上，形成类似无纺布状纤维膜。该纤维因具有细度小、表面积大、孔隙率高的形态特点，可作为细胞生长的多孔支架，有利于细胞粘附和增殖，也可作为人工移植血管、创面覆盖材料及药物载体，广泛应用于组织工程及其它生物医学材料。迄今为止，蜘蛛丝是所发现的集强度、刚性和弹性为一体的最为优良材料之一。此外，蜘蛛丝具有良好的生物相容性、透氧透湿性和生物可降解性，符合组织工程材料要求。最近，在蜘蛛丝的基因识别、人工合成以及基因表达上的成功，引发了研究者对蜘蛛蛋白的分子结构和性能的研究兴趣。 本课题以漏斗网蛛牵引丝为研究对象，在分析了蜘蛛丝溶液的成丝性能的基础上，研究了静电纺漏斗网蛛蛛丝纤维膜的性能、后处理对纤维膜性能的影响、静电纺蛛丝纤维膜的生物相容性以及静电纺蛛丝/胶原纤维膜的性能等。主要研究内容和结论如下： 漏斗网蛛蛛丝在288.2℃时开始分解；在酰胺Ⅱ和酰胺Ⅲ区，存在明显的β-折叠峰，X射线衍射结果表明天然蜘蛛丝在2θ=20.7°附近有强的β-折叠衍射峰。 以HFIP为溶剂进行静电纺丝，纤维的平均直径随着电压增大，先减小后增大；随着溶液供液速度的增大而增大；接收距离较小时，纤维较粗并有很多分叉，随着接收距离的增大，纤维直径变小。所得纤维在279.8℃开始分解，力学性能由于二级结构和结晶的变化而变化，断裂强度和初始杨氏模量都远低于报道的天然蜘蛛牵引丝的断裂强度和初始杨氏模量，断裂伸长率和报道的天然蜘蛛牵引丝的断裂伸长率相当。 所制备的纤维膜经甲醇、乙醇和水浸泡后发生收缩，纤维溶胀明显，结晶晶型变化，力学性能不同程度变化。 材料经过四周的降解，从形态上看出材料只是出现了微细纤维和较粗纤维的分支断开，较粗的纤维没有发现断裂；细胞形态和增殖实验表明，细胞能够很好的生长，材料具有良好的生物相容性。 静电纺蛛丝/胶原纤维混合溶液可以发现，随着胶原比例的增大，纤维直径增加，并出现明显的分叉；DSC数据显示，静电纺蛛丝/胶原纤维膜在胶原比例大于等于50％时，在250℃以下会出现第一次热分解，并且玻璃化转变消失，在320℃左右，热分解温度随着胶原比例的增大而降低；FTIR结果显示，胶原与蜘蛛丝蛋白分子之间存在着分子作用力，但是此相互作用力较弱，不足以使构象发生转变；XRD分析表明，随着溶液中蜘蛛丝含量的增加，纤维表现出静电纺漏斗网蛛蛛丝纤维的特征衍射峰；在蛛丝溶液中溶入胶原后，静电纺蛛丝/胶原纤维膜的断裂应力和杨氏模量都比静电纺漏斗网蛛蛛丝纤维膜增大，但是其断裂应变下降。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1静电纺丝工艺的研究现状及在生物医学上的应用

1.2蜘蛛丝概况及研究进展

1.3本课题的研究内容、目的以及创新性

第二章天然漏斗网蛛蛛丝的性能研究

2.1实验部分

2.2结果与分析

2.3本章结论

第三章静电纺漏斗网蛛蛛丝的成丝性及纤维性能研究

3.1实验部分

3.2结果与分析

3.3本章结论

第四章后处理对静电纺漏斗网蛛蛛丝纤维性能的影响研究

4.1实验部分

4.2结果与分析

4.3本章结论

第五章 静电纺漏斗网蛛蛛丝/胶原纤维膜的性能初步研究

5.1实验部分

5.2结果与分析

5.3本章结论

第六章静电纺漏斗网蛛蛛丝纤维的降解和细胞相容性研究

6.1静电纺漏斗网蛛蛛丝纤维的体外降解

6.2静电纺漏斗网蛛蛛丝纤维的体外细胞相容性研究

6.3本章结论

第七章结论与展望

7.1本论文主要结论

7.2存在问题与展望

参考文献

攻读学位期间发表论文

致谢