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改性碳纤维/聚乳酸/聚乙二醇骨组织工程复合支架的制备及其性能研究

作　者: 王宁
导　师: 吴琪琳
学　校: 东华大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 骨组织工程复合支架改性碳纤维聚乳酸聚乙二醇
分类号: R318.08
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

本论文成功制备了一种改性碳纤维/聚乳酸/聚乙二醇(CF/PLA-PEG)骨组织工程复合支架材料,具体研究以下内容：(1)首先对碳纤维表面进行了亲水性改性。采用聚丙烯腈基碳纤维为原料,分别通过浓硝酸和对氨基苯甲酸2种溶液进行处理表面改性,发现用对氨基苯甲酸处理的碳纤维表面出现了纵向沟槽,但碳纤维的拉伸强度没出现明显的变化。将小鼠的成纤维细胞(L929)接种在3种碳纤维上,细胞增殖检测显示,用对氨基苯甲酸处理的碳纤维更有利于细胞的增殖和分化。红外光谱分析显示对氨基苯甲酸处理后的碳纤维表面存在更多的羧基、羟基等亲水性基团。实验证明了用对氨基苯甲酸处理的碳纤维综合性能优于其他样品。(2)探讨了改性碳纤维对PLA-PEG支架机械性能的影响。采用溶液浇注/粒子沥滤法制备孔隙度为50±2%、60±2%、70±2%PLA-PEG骨组织工程支架,发现孔隙率的增加,导致了支架的力学性能降低,而支架表面孔洞数量、亲水性能和降解速率增加。论文进一步选用孔隙度为60±2%PLA-PEG支架做改性碳纤维增强的对象。制备碳纤维质量分数为0.5%和2%CF/PLA-PEG支架,研究发现,改性碳纤维在支架内部随机分布,并有利于CF/PLA-PEG支架的力学性能和亲水性增加。(3)研究了CF/PLA-PEG支架生物性能。将小鼠的成纤维细胞(L929)和成骨细胞(MC3T3)接种在不同孔隙度PLA-PEG支架上,细胞增殖显示孔隙率70±2%PLA-PEG支架对细胞增殖更有利,扫描电镜图(SEM)和共聚焦显微图(LSM)显示此孔隙度支架上的细胞黏附更好。说明孔隙度的增加虽然导致力学性能降低,但对细胞的生物性能有利。将L929和MC3T3接种在改性碳纤维质量分数不同的CF/PLA-PEG支架上,SEM和LSM显示细胞在碳纤维的表面和周围顺利黏附、增殖。细胞增殖检测显示,总体上改性碳纤维的加入有利于细胞的增殖。进一步用精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(RGD)多肽对2%CF/PLA-PEG支架进行表面修饰,修饰后的支架上细胞形态良好,细胞密度更大。说明RGD多肽可用于改善支架的生物相容性。本论文选用改性碳纤维来增强PLA-PEG制备骨组织工程复合支架,该支架具有较好的力学性能,亲水性和生物相容性,在骨组织工程领域具有潜在应用价值。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章绪论  12-30
  1.1 组织工程支架材料  12-23
    1.1.1 天然高分子材料  13-15
    1.1.2 无机材料  15-18
    1.1.3 人工合成高分子材料  18-20
    1.1.4 无机-无机复合  20
    1.1.5 无机-高分子复合  20-22
    1.1.6 高分子-高分子复合  22-23
  1.2 组织工程支架今后的研究方向  23
  1.3 骨组织工程支架的制备方法  23-25
    1.3.1 溶液浇注/粒子沥滤法  23-24
    1.3.2 冷冻干燥法  24
    1.3.3 静电纺丝法  24-25
    1.3.4 气体发泡法  25
  1.4 骨组织工程支架的表征方法  25-28
    1.4.1 骨组织工程支架的力学强度测试  25-26
    1.4.2 骨组织工程体外降解实验  26
    1.4.3 用扫描电子显微镜观察骨组织工程支架  26-27
    1.4.4 用激光扫描共聚焦显微镜观察骨组织工程支架  27
    1.4.5 骨组织工程支架的细胞增殖检测  27-28
  1.5 本课题的研究意义及研究内容  28-30
    1.5.1 课题研究意义  28
    1.5.2 课题研究内容  28-30
第二章组织工程的细胞培养  30-38
  2.1 引言  30
  2.2 实验材料和实验仪器  30-31
    2.2.1 材料和仪器  30-31
    2.2.2 实验仪器  31
  2.3 细胞培养的重要性  31
  2.4 细胞培养的影响因素  31-32
  2.5 细胞培养的难点  32-33
    2.5.1 细菌污染  32
    2.5.2 胰酶的消化  32-33
    2.5.3 细胞的培养环境  33
  2.6 培养用品的灭菌  33-34
  2.7 细胞的培养操作  34-36
    2.7.1 细胞传代  34
    2.7.2 细胞的冻存与复苏  34-36
  2.8 细胞形态的观察  36-37
  2.9 小结  37-38
第三章碳纤维表面处理和组织工程支架的制备  38-55
  3.1 引言  38-39
  3.2 实验材料与方法  39-42
    3.2.1 实验材料  39-40
    3.2.2 实验方法  40-42
  3.3 碳纤维和组织工程支架的性能表征  42-44
    3.3.1 碳纤维的单丝拉伸强度测试  42
    3.3.2 碳纤维的细胞增殖检测  42-43
    3.3.3 碳纤维的红外光谱分析  43
    3.3.4 表面形貌  43
    3.3.5 支架的力学性能  43-44
    3.3.6 支架的吸水性  44
    3.3.7 支架的降解性  44
  3.4 碳纤维和组织工程支架的结构与性能  44-53
    3.4.1 碳纤维的单丝拉伸强度  44-45
    3.4.2 碳纤维的细胞增殖  45-46
    3.4.3 碳纤维的红外分析  46
    3.4.4 碳纤维和组织工程支架的表面形貌  46-49
    3.4.5 支架的力学性能  49-50
    3.4.6 支架的吸水性  50-52
    3.4.7 支架的降解性  52-53
  3.5 小结  53-55
第四章组织工程支架的生物性能研究  55-69
  4.1 引言  55
  4.2 实验材料与方法  55-56
    4.2.1 实验材料  55-56
    4.2.2 实验仪器  56
    4.2.3 实验方法  56
  4.3 组织工程支架生物性能的表征  56-58
    4.3.1 支架的细胞增殖检测  56-57
    4.3.2 支架表面的细胞形态  57
    4.3.3 支架内部的细胞形态  57-58
  4.4 组织工程支架的生物性能的研究  58-68
    4.4.1 支架的细胞增殖  58-60
    4.4.2 支架表面的细胞形态  60-63
    4.4.3 支架内部的细胞形态  63-68
  4.5 小结  68-69
第五章结论  69-70
参考文献  70-77
攻读硕士学位期间研究成果  77-78
致谢  78

改性碳纤维/聚乳酸/聚乙二醇骨组织工程复合支架的制备及其性能研究

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