丝素/透明质酸/碳纳米管静电纺丝复合纳米纤维的制备及性能研究

摘要

丝素蛋白(Silk fibroin，SF)是一种从蚕丝中获得的天然高分子材料，其易于加工成型，制成的材料相比于其他天然生物大分子材料，具有更优良的力学性能。丝素蛋白生物材料具有良好的生物相容性和生物降解性，在生物材料领域的应用备受关注。透明质酸(hyaluronic acid，HA)是一种广泛存在于动物组织当中的直链型阴离子黏多糖，对关节软骨的形成和保护具有重要作用。丝素与透明质酸的复合能够良好的模拟细胞外基质的蛋白与多糖结构，对细胞生长起到促进作用。静电纺丝是近20多年来被广泛用于制作纳米纤维材料的方法。以该方法获得的纳米纤维材料具有较大的比表面积以及良好的孔隙结构，有利于细胞的生长增殖。然而，由于透明质酸溶液具有非常大的黏性，导致丝素/透明质酸复合纳米纤维难以获得，限制了丝素/透明质酸纳米纤维的应用。碳纳米管是一种结构特殊的一维量子材料，主要由呈六边型排列的碳原子组成的数层至数十层的同轴圆管组成，由于其特殊的电磁学、力学、化学及生物学性能，近年来被广泛用于复合材料性能的调控。
　　本研究以丝素蛋白和透明质酸为材料，通过添加多壁碳纳米管，调控丝素/透明质酸静电纺丝溶液的性质，制备丝素/透明质酸复合纳米纤维，观察了纳米纤维的形态特征，检测了纤维的溶失率，并验证了复合纳米纤维的细胞相容性。
　　采用将碳纳米管与透明质酸共溶的方式，将碳纳米管分散于丝素/透明质酸溶液中，通过高压静电纺丝的方法获得复合纳米纤维。通过黏度测定仪、扫描电镜、红外光谱等测定了复合纳米纤维材料在黏度、纤维形态和溶失率等方面的变化。结果发现，添加了碳纳米管后，静电纺丝溶液的黏度出现明显的下降，当碳纳米管与透明质酸的质量比大于1∶1时，纤维形态呈现均一的圆柱状结构。碳纳米管的添加还能增强纳米纤维的稳定性，降低纤维在水中的溶失率。细胞培养结果表明，在一定浓度范围内，碳纳米管的添加不会产生毒害作用，丝素/透明质酸/碳纳米管静电纺纳米纤维具有良好的细胞相容性。
　　本研究表明，碳纳米管能够有效调控丝素/透明质酸静电纺纳米纤维的形态，增强纳米纤维的稳定性，同时不会影响纳米纤维的生物相容性，具有作为组织工程材料的潜力。

目录

声明

摘要

第一章 综述

1 蚕丝蛋白

1．1 丝素蛋白的组成

1．2 丝素蛋白的结构和性能

1．3 丝素软骨修复材料的应用

2 透明质酸的结构、性能及在软骨修复材料中的应用

3 静电纺丝技术

3．1 高压静电纺丝

3．2 静电纺丝的理论基础及影响参数

3．3 丝素静电纺纳米纤维的制备

3．4 静电纺丝素纳米纤维的组织工程应用

4 碳纳米管

5 本课题研究的目的、意义和内容

5．1 研究目的和意义

5．2 研究内容

第二章 丝素／透明质酸／碳纳米管静电纺丝复合纳米纤维的制备及表征

1 材料与方法

1．1 材料与试剂

1．2 仪器设备

1．3 丝素蛋白溶液的制备及浓度测定

1．4 再生丝素蛋白的制备

1．5 丝素／透明质酸／碳纳米管复合纺丝液的最佳配比探索

1．6 丝素／透明质酸／碳纳米管复合纺丝溶液的黏度测定

1．7 丝素／透明质酸／碳纳米管静电纺纳米纤维的制备

1．8 丝素／透明质酸／碳纳米管静电纺纳米纤维的微观形态分析

1．9 丝素／透明质酸／碳纳米管静电纺纳米纤维的溶失率分析

1．10 丝素／透明质酸／碳纳米管静电纺纳米纤维的红外光谱分析

2 结果与讨论

2．1 透明质酸分子量检测

2．2 丝素／透明质酸复合纺丝液的最佳配比探索

2．3 丝素／透明质酸／碳纳米管溶液的黏度

2．4 丝素／透明质酸／碳纳米管静电纺纳米纤维的微观形态分析

2．5 丝素／透明质酸／碳纳米管静电纺纳米纤维的水溶性分析

2．6 丝素／透明质酸／碳纳米管静电纺纳米纤维的红外光谱分析

3 小结

第三章 静电纺丝复合纳米纤维的细胞相容性研究

1 材料与方法

1．1 材料与试剂

1．2 仪器设备

1．3 SD-rBMSC细胞培养

1．4 细胞增殖检测

1．5 细胞生长实验

2 丝素／透明质酸／碳纳米管复合纳米纤维细胞相容性实验结果与讨论

2．1 细胞生长状态

2．2 细胞增殖情况

3 小结

第四章 总结与展望

1 丝素／透明质酸／碳纳米管静电纺复合纳米纤维的制备及性能表征

2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间公开发表和拟发表论文、申请专利

致谢