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碳纳米管在聚合物纳米纤维表面的组装及其细胞活性评价

作　者: 罗宇
导　师: 沈明武
学　校: 东华大学
专　业: 生物化学与分子生物学
关键词: 层层自组装碳纳米管静电纺丝纳米纤维细胞培养组织工程
分类号: R318.08
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

静电纺丝虽然拥有相当长的历史以及在组织工程领域将近30年的研究发展,但直到最近5-10年的时间里才被有效运用于组织工程和药物缓释领域。静电纺丝作为一种潜在的、具有良好运用前景的工艺手段,正引起越来越多科学工作者的兴趣和广泛研究。这主要归功于静电纺丝技术具备以下优点：简单灵活、适用性广、易于制备且直径在纳米级的纤维。在组织工程应用方面,首先,通过静电纺丝可制备出直径分布从微米级到纳米级的支架材料,纤维直径易于控制。其次,所得支架材料具有拓扑学结构和多孔性,与天然细胞外基质具有很高的相似度。第三,用于静电纺丝的原料非常丰富,包括生物可降解材料、非降解材料和天然材料。除此之外,制备得到的纤维排列方向可控：可以取向排列、或随机排列,以便调控其机械性能和生物学效应等。本研究中,我们通过静电纺丝技术与层层静电自组装技术相结合,制备出一种新型的含碳纳米管聚合物多糖支架材料并应用于组织工程。首先,将醋酸纤维素(Cellulose Acetate, CA)溶液经静电纺制备结构均一、纤维直径可控的三维纳米纤维膜；其次,通过层层静电自组装技术在醋酸纤维素纳米纤维上组装带正电荷的壳聚糖(Chitosan, CS)和带负电荷的多壁碳纳米管(Multiwalled CarbonNanotubes, MWCNTs)。对照组材料为在相同条件下组装带正电荷的壳聚糖和带负电荷的海藻酸钠(Sodium Algiate, ALG)。随后,采用扫描电镜(SEM)、红外分析(FTIR).热重分析(TGA)、机械性能测试、蛋白吸附、细胞黏附、细胞增殖、细胞形态学、溶血实验等方法对制备得到的复合多层膜支架材料进行系列表征和生物学性能评价。通过本文研究,可得到如下结论：通过层层静电自组装技术在醋酸纤维素纳米纤维上组装后成功地制备了CS/MWCNTs和CS/ALG两种支架材料。在相同的组装层数下,CS/MWCNTs支架材料的表面粗糙程度高于CS/ALG支架材料。但它们都显示良好的三维空间结构。细胞实验结果显示,CS/MWCNTs支架材料比CS/ALG支架材料更加有利于小鼠成纤维细胞L929的黏附、铺展和增殖。碳纳米管的加入改善了支架材料的机械性能和血液相容性,提高了材料对蛋白质的吸附能力、细胞的黏附和增殖能力。这些结果表明所得到的CS/MWCNTs支架材料在组织工程和再生医学具有潜在的应用价值。我们相信,通过推广这种简单易行的层层自组装技术在纤维表面进行修饰的方案,将其它具有生物活性的材料修饰到基底材料表而,可以得到一系列的具有生物医学应用价值的产品。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第一章绪论  11-23
  1.1 研究背景与意义  11
  1.2 组织工程的发展沿革  11-13
  1.3 组织工程要素  13
  1.4 静电纺丝的研究现状及其在组织工程上的应用  13-17
    1.4.1 静电纺丝技术基本原理  14-15
    1.4.2 影响静电纺丝工艺的重要参数  15
    1.4.3 静电纺丝在组织工程上的应用  15-17
  1.5 本课题涉及原材料简介  17-20
    1.5.1 甲壳素(Chitin)  17-18
    1.5.2 壳聚糖(Chitosan, CS)  18-19
    1.5.3 碳纳米管(Carbon nanotubes,CNTs)  19
    1.5.4 海藻酸钠(Sodium alginate)  19-20
    1.5.5 醋酸纤维素(Cellulose acetate,CA)  20
  1.6 静电自组装  20-21
    1.6.1 概述  20
    1.6.2 静电自组装的研究现状  20-21
    1.6.3 静电自组装的优点以及要求  21
  1.7 本论文的研究目的、内容以及创新点  21-23
    1.7.1 研究目的  21-22
    1.7.2 研究内容  22
    1.7.3 本论文的创新点  22-23
第二章含碳纳米管多层自组装聚合物纳米纤维支架材料的制备  23-33
  2.1 引言  23
  2.2 实验部分  23-27
    2.2.1 实验材料与试剂  23-24
    2.2.2 实验设备  24
    2.2.3 静电纺丝溶液的配制  24
    2.2.4 优化制备醋酸纤维素纳米纤维静电纺丝工艺参数  24-25
    2.2.5 静电纺醋酸纤维素纳米纤维形貌、直径分布表征  25
    2.2.6 自组装溶液的配制及其表面电势考察  25-26
    2.2.7 静电自组装技术制备CA(CS/MWCNTs)_n与CA(CS/ALG)_n多层膜  26-27
  2.3 结果与讨论  27-32
    2.3.1 静电纺醋酸纤维素纳米纤维的形貌及直径分布测试  27
    2.3.2 静电层层自组装多层聚合物纳米纤维膜的形貌及直径分布测试  27-32
  2.4 本章小结  32-33
第三章静电自组装多层聚合物纳米纤维膜的生物相容性评估  33-47
  3.1 引言  33-34
  3.2 实验部分  34-38
    3.2.1 实验材料与试剂  34
    3.2.2 实验设备  34-35
    3.2.3 体外生物相容性评估  35-38
  3.3 结果与讨论  38-46
    3.3.1 蛋白吸附实验  38-41
    3.3.2 体外生物相容性评估  41-44
    3.3.3 血液相容性  44-46
  3.4 本章小结  46-47
第四章结论与展望  47-50
  4.1 本文主要结论  47-48
  4.2 展望  48-50
参考文献  50-55
硕士研究生阶段发表论文  55-56
致谢  56

碳纳米管在聚合物纳米纤维表面的组装及其细胞活性评价

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