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PEA纳米纤维的制备与表征、改性及生物相容性研究

作　者: 刘晓锋
导　师: 莫秀梅
学　校: 东华大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 静电纺丝 PEA PEA-PCL 纳米纤维生物相容性
分类号: TQ340.64
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

天然细胞外基质是由邻近细胞分泌的三种主要成分即蛋白纤维、蛋白聚糖和非纤维蛋白成分通过化学和物理的交联组成的,其中直径分布在几十到几百纳米的蛋白纤维,主要是胶原蛋白和弹性蛋白纤维通过相互的交织形成具有三维结构的网状结构为组织的生长提供支撑和弹性。聚合物纳米纤维在形态上类似于天然细胞外基质,可以为细胞的生长提供一个三维的空间和更多的黏附位点。本论文主要涉及新型静电纺纤维的制备及其在生物医学领域的应用,重点是探索新型生物可降解材料PEA(Poly ester-amide)静电纺丝方法的制备工艺、表征、改性研究及通过这种方法制备的PEA纳米纤维膜在生物医学领域方面的理论及应用前景初探。本文分为以下四个部分:(1)PEA纳米纤维的制备及表征。以PEA为原料,经静电纺技术制备纳米纤维,通过调节实验的各个参数如电压、距离、供液速度等来改善纺丝的工艺,并最终得到较稳定的纺丝参数。通过SEM、FTIR、接触角、热性能、拉伸力学性能测试分析该纳米纤维的各项物理、化学性能。实验中发现PEA做为一种新型的生物可降解材料,可纺性较好,纺出的纳米纤维的直径在100—600nm之间,并且外貌形态较优。通过各种性能的表征,发现PEA是一种亲水性较好,力学性能优良的生物材料。(2)PEA纳米纤维的交联及表征。为了更好的应用于组织工程领域,我们选用戊二醛为交联剂来改善其水溶性和力学性能,利用差示扫描量热分析方法(DSC)、接触角、红外光谱以及拉伸力学性能分析表征了交联前后过程中PEA结构的变化。水溶性实验发现交联效果非常明显。通过红外光谱特征峰观察不出交联特征峰出现,另外交联后的红外光谱特征峰位置没有明显变化。DSC分析显示交联后的纤维膜的热稳定性有一定的提高。研究了交联后纤维膜的力学性能,并对纤维膜交联前后的力学性能进行了比较,研究发现交联以后纤维膜的平均断裂强度和断裂伸长率都有不同程度的提高。(3)PEA(Poly ester-amide)-PCL复合纳米纤维制备及表征。通过调节PEA-PCL中两组分的比例,最终找到能制备出复合纳米纤维的最佳参数。我们利用ATR红外光谱、接触角及拉伸力学性能测试来表征其分子结构变化,亲水性及力学性能。实验中发现该复合纤维的形态随纺丝溶液中PCL在复合体系中的比例的增加而变好。通过ATR红外光谱发现复合材料中的两种组分间没有发生反应,基本维持了原有的化学性质。通过接触角测定,发现纯PCL纤维膜具有一个疏水的表面,而随着PEA组分的增加纤维膜的亲水性逐渐增强。拉伸力学性能测试表明该纤维织物的力学性能与两组分的复合比例相关。通过这些测试,我们对PEA—PCL复合纤维的物理、化学性质有了基本的了解,特别是获得了亲疏水性和拉伸力学性能方面的变化规律,这些结果对于以后构建形态结构及性能上更优的仿生细胞外基质组织工程支架具有一定的指导作用。(4)PEA-PCL的生物相容性检测.通过血管内皮细胞在纳米纤维上的增殖情况来表征PEA-PCL生物相容性,为组织工程领域提供一种潜在的生物医用材料。人体是三维结构的组织构成的,因此构建三维组织工程支架非常有意义。本实验中通过平板接收得到了PEA-PCL复合纳米纤维膜状支架,并通过内皮细胞对其进行安全性评价。该复合纳米纤维膜能为细胞的生长提供一个适宜的微环境,有助于细胞的增殖,而且可以为细胞的生长提供三维的空间,这样有利于细胞新陈代谢中的营养成分和废物的交换。为得到具有三维管状支架和具精细结构的静电纺纤维织物。

全文目录

摘要  5-8
ABSTRACT  8-13
第一章绪论  13-27
  1.1 生物材料与组织工程  13-15
    1.1.1 生物材料  13-14
    1.1.2 组织工程  14-15
  1.2 组织工程支架  15-17
  1.3 静电纺纳米纤维组织工程支架  17-24
    1.3.1 纳米纤维的制备  17-18
    1.3.2 静电纺纳米纤维  18-21
    1.3.3 静电纺纳米纤维组织工程支架  21-24
  1.4 PEA(Poly ester amide)  24-25
  1.5 本文的研究内容及意义  25-26
    1.5.1 研究内容  25-26
    1.5.2 研究意义  26
  1.6 本文主要创新点  26-27
第二章 PEA纳米纤维的制备及表征  27-40
  2.1 引言  27-28
  2.2 实验部分  28-31
    2.2.1 实验材料和仪器  28-29
    2.2.2 静电纺参数及纤维形态研究  29
    2.2.3 红外图谱分析  29-30
    2.2.4 X-射线衍射分析  30
    2.2.5 热性能分析  30
    2.2.6 亲疏水性研究  30
    2.2.7 拉伸力学测试  30-31
  2.3 结果与讨论  31-38
    2.3.1 静电纺参数及纤维形态研究  31-34
    2.3.2 红外图谱分析  34-35
    2.3.3 X-射线衍射分析  35-36
    2.3.4 热性能研究  36-37
    2.3.5 亲疏水性研究  37-38
    2.3.6 拉伸力学测试  38
  2.4 小结  38-40
第三章 PEA静电纺纤维膜的交联改性  40-48
  3.1 引言  40
  3.2 实验部分  40-42
    3.2.1 实验材料和仪器  40-41
    3.2.2 静电纺丝  41
    3.2.3 戊二醛蒸气交联  41-42
    3.2.5 性能测试  42
  3.3 结果与讨论  42-47
    3.3.1 戊二醛蒸气交联  42-43
    3.3.2 性能表征  43-47
  3.4 小结  47-48
第四章 PEA-PCL共混静电纺丝的制备与表征  48-57
  4.1 引言  48
  4.2 实验部分  48-49
    4.2.1 实验材料和仪器  48-49
    4.2.2 微观形貌观察  49
    4.2.3 ATR红外光谱研究  49
    4.2.4 拉伸力学测试  49
    4.2.5 亲疏水性能测试  49
  4.3 结果与讨论  49-56
    4.3.1 微观形貌观察  50-51
    4.3.2 ATR红外光谱研究  51
    4.3.3 拉伸力学测试  51-54
    4.3.4 亲疏水性能测试  54-56
  4.4 小结  56-57
第五章 PEA-PCL静电纺纤维的生物相容性评价  57-71
  5.1 引言  57-58
  5.2 实验部分  58-61
    5.2.1 实验材料及仪器  58-60
    5.2.2 膜状支架的构建  60
    5.2.3 膜状支架的生物学检测  60-61
  5.3 结果与讨论  61-69
    5.3.1 膜状支架的构建  61-62
    5.3.2 生物学检测  62-64
    5.3.3 生物相容性的评价  64-69
  5.4 小结  69-71
第六章总结与展望  71-74
  6.1 主要结论  71-72
  6.2 存在的问题与展望  72-74
参考文献  74-82
附录1 本文中主要缩略词  82-83
附录2 攻读硕士学位期间科研及发表论文情况  83-84
致谢  84

PEA纳米纤维的制备与表征、改性及生物相容性研究

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