细菌纤维素组织工程支架材料的复合改性与性能研究

摘要

恶性肿瘤是人类健康面临的最大威胁之一,要对恶性肿瘤的预防和根治,就必须充分了解肿瘤细胞的形成、增殖以及分化过程。为此,学者们开始研究用于肿瘤细胞的体外培养的组织工程支架。而目前临床中多用胶原三维支架用作肿瘤细胞的体外培养,虽然胶原具有良好的生物相容性,但其存在价格高昂等缺陷。因此,制备出新型的用于肿瘤细胞体外培养的组织工程支架具有重要的意义。细菌纤维素(BC)作为一种潜在的新型生物医用支架材料,具有与人体内ECM相类似的三维纳米纤维结构以及良好的力学性能与生物可降解性,受到了研究者们越来越多的关注。但BC属于一种聚合物多糖,其生物活性有限,并且支架内缺少供细胞营养传输和废弃物排放的微米级孔道,其进一步的生物组织工程应用受到了限制。因此,本课题旨在对BC进行复合改性以及对其孔道结构进行调整,以制备出更加理想的BC基支架材料,为其在组织工程领域的应用提供基础。
　　为了提高BC的生物活性,本课题利用化学交联法对BC进行了卵磷脂(Lec)复合改性。并采用SEM、XRD、FTIR、接触角、TGA和DMA对复合支架的形貌、物理、化学性质、亲水、热学和力学性能进行了表征。SEM结果表明,当Lec溶液的浓度达到2％时,每一根BC纤维表面沉积的Lec纳米微球会完全互相连接,形成一个完整连续的包覆层,从而得到由BC/Lec复合纤维组成的具有三维纳米网络结构的支架材料。并且复合材料具有良好的亲水性,热性能以及动态力学性能,为其进一步应用提供了基础。此外,乳腺癌肿瘤细胞MDA-MB-231与MCF-7的体外培养实验结果表明,BC/Lec复合材料支架无毒性,并且相对于原始BC支架,其生物活性显著提高。
　　为了探索更多更有效的途径以提高BC支架的生物活性,本课题对BC还进行了胶原复合改性,并且在此基础上,为了更好地模拟细胞外基质所具有的微米/纳米孔的多级孔结构,采用激光消融技术在BC薄膜表面构建了具有可控孔径的微米孔道阵列,并进一步对这种具有微米孔道的pBC进行了Col复合改性。采用SEM、FTIR、接触角、TGA和DMA对BC/Col与pBC/Col两种支架的形貌、化学性质、亲水、热学和动态力学性能进行了比较。SEM与FTIR结果表明,未经造孔处理的BC/Col与pBC/Col具有非常类似的纳米结构与性质,并且后者由于存在微米级孔道阵列,因而能够吸附更多的Col分子,使其复合改性更加彻底。动态力学性能结果表明,虽然消融造孔技术在一定程度上破坏了BC纤维的连续性,使pBC/Col的力学性能有所下降,但足以满足实际需要。生物学实验结果表明,与BC/Col以及纯BC支架相比,pBC/Col支架更能促进细胞的粘附与增殖,并且细胞可以沿着孔道的内壁进入其内部生长。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 组织工程及组织工程支架材料

1.2.1 组织工程概述

1.2.2 组织工程支架

1.2.3 肿瘤组织工程支架

1.3 细菌纤维素

1.3.1 BC的生物合成

1.3.2 BC的结构、性质及应用

1.3.3 BC的改性研究

1.4 课题背景内容、意义及内容

1.4.1 课题背景

1.4.2 课题研究内容

1.4.3 课题创新点

第二章 卵磷脂/细菌纤维素复合材料的制备及表征

2.1 前言

2.2 实验材料及方法

2.2.1 实验过程

2.2.2 材料表征及测试

2.3 实验结果与讨论

2.3.1 BC、uBC/Lec以及BC/Lec复合材料的宏观形貌

2.3.2 BC、uBC/Lec以及BC/Lec复合材料的微观形貌

2.3.3 BC/Lec复合材料的晶体结构和化学结构

2.3.4 BC/Lec复合材料的形成机理

2.3.5 BC/Lec复合材料的润湿性能

2.3.6 BC/Lec复合材料的热性能

2.3.7 动态力学性能分析

2.3.8 BC与BC/Lec支架对乳腺癌肿瘤细胞的生物相容性评估

2.4 本章小结

第三章 胶原/细菌纤维素复合支架材料及其微米孔道的构建

3.1 前言

3.2 实验过程及方法

3.2.1 实验过程

3.2.2 材料表征及测试

3.3 实验结果与讨论

3.3.1 pBC的宏观与微观形貌

3.3.2 BC/Col与pBC/Col复合材料的宏观形貌

3.3.3 BC/Col与pBC/Col复合材料的微观形貌

3.3.4 BC/Col与pBC/Col复合材料的化学结构

3.3.5 BC/Col与pBC/Col复合材料的形成机理

3.3.6 BC/Col与pBC/Col复合材料的润湿性

3.3.7 BC/Col复合材料的热性能

3.3.8 动态力学性能分析

3.3.9 BC/Col与pBC/Col支架对乳腺癌肿瘤细胞的生物相容性评估

3.4 本章小结

第四章 全文结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢