微米级大孔径丝素复合纳米纤维支架的制备及性能研究

摘要

静电纺丝纳米纤维支架在纤维尺寸和结构上与生物细胞生长环境的细胞外基质(ECM)较相似，因此在皮肤、软骨、角膜、神经等组织工程领域有广泛的应用，但静电纺纳米纤维支架内纤维排列紧密、纤维之间的空隙过小，使得细胞难以长入，无法构成较厚的细胞组织。本文利用静电纺丝技术，结合材料牺牲法、负电压收集着重研究对纳米纤维支架厚度、孔径和空隙率的影响，制备出接近细胞尺寸的微米级大孔径纳米纤维支架。
　　本文选择浓度为20wt％的PEG的氯仿溶液作为静电喷雾溶液，该浓度下的溶液中的PEG大分子链处在半稀溶液中度缠结体系范围内，在该缠结体系内获得静电喷雾PEG微球的形貌最稳定，且可用于静电喷雾的电喷流率调节范围也比较大，在流率为4mL/h以下都能收集到形貌稳定的PEG微球。结果表明在条件下可以制备出直径10微米左右水溶性PEG微球，且在不同的静电喷雾流率下都可以获得尺寸、形貌稳定的PEG微球。
　　结合材料牺牲法，运用滚筒接收装置收集混杂静电喷雾PEG微球的SF/Gelatin纳米纤维复合支架，调整静电喷雾的流率来控制复合纳米纤维支架中PEG微球的含量制备出不同孔径及孔隙率规格的复合纳米纤维支架;之后通过水洗去除掺杂在纳米纤维支架中水溶性PEG微球，进一步增大复合纳米纤维支架的孔径及孔隙率;当PEG微球含量较高时，洗去的PEG微球后复合纳米纤维支架平均孔径可以达到20μm以上，但电纺支架的力学强度会随着PEG含量的提高而显著下降。
　　为了提高纳米纤维支架的厚度和孔径，改用自制有机玻璃板结合金属铜板收集装置并连接负电压电源有效减小静电纺丝收集的面积，在针头处连接+15kV高压电源并在圆形铜板处连接负高压电源可以制备出3mm厚的SF/PCL纳米纤维支架;建立坐标系，分析针头与圆形金属板中心之间和PMMA平板上的电场分布情况，探索出在接近圆孔收集板处电场强度显著提高，使纤维受到向外扩散时间和电场力也减少，导致纳米纤维更多集中往连接负电压的圆孔处靠拢;最后利用样品截面SEM照片分析孔径，得出超厚纳米纤维支架的孔径随纳米纤维支架厚度增加而变大，当厚度d＞600μm时，其厚度区域内的纳米纤维支架的孔径可以达到25μm以上。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 静电纺丝技术

1．2．1 静电纺丝技术原理

1．2．2 静电纺丝技术的发展

1．2．3 静电纺丝在组织工程中的应用

1．3 复合纳米纤维支架用材料介绍

1．3．1 丝素蛋白在组织工程支架中的应用

1．3．2 明胶在组织工程支架中的应用

1．3．3 聚乙二醇在组织工程中的应用

1．4 静电喷雾微球

1．4．1 静电喷雾原理

1．4．2 静电喷聚合物微球的影响因素

1．4．3 静电喷微球与纳米纤维混合支架的应用

1．5 本课题研究的目的和内容

第二章 静电喷雾法制备不同规格聚乙二醇微球的研究及表征

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验材料

2．2．2 实验设备

2．2．3 不同规格的静电喷雾PEG微球的制备

2．2．4 静电喷PEG微球的形貌及尺寸表征

2．3 结果分析与讨论

2．3．1 分子量对静电喷PEG微球形貌尺寸影响

2．3．2 浓度对静电喷雾PEG微球形貌影响原因分析

2．3．3 静电喷流率及溶液浓度对PEG微球形貌尺寸的影响

2．3．4 静电喷PEG微球的尺寸分析

2．4 本章小结

第三章 微球牺牲法制备大孔径丝素蛋白／明胶复合纳米纤维膜结构及性能研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验材料

3．2．2 实验设备

3．2．3 不同聚乙二醇微球含量的丝素蛋白／明胶复合纳米纤维膜的制备

3．2．4 聚乙二醇微球在复合纳米纤维中的去除

3．2．5 复合纳米纤维膜的结构及性能表征

3．3 结果分析与讨论

3．3．1 聚乙二醇微球-丝素蛋白／明胶纳米纤维复合支架形貌分析

3．3．2 复合纳米纤维支架的力学分析

3．3．3 牺牲微球洗去前后复合纳米纤维支架的表征

3．3．4 孔径及孔隙率表征

3．4 本章小结

第四章 负电压法制备丝素／聚己内酯三维多孔复合纳米纤维支架的研究

4．1 引言

4．1 实验部分

4．2．1 实验材料

4．2．2 实验设备

4．2．3 超厚SF／PCL多孔纳米纤维膜的制备

4．2．4 材料结构与性能表征

4．3 结果分析与讨论

4．3．1 电压对静电纺丝的影响

4．3．2 负电压收集的电场模拟

4．3．3 不同厚度层的纳米纤维支架孔径表征

4．4 本章小结

第五章 全文总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢

研究生期间发表论文