可降解聚合物多孔支架是組織工程領(lǐng)域的重要研究方向之一，在組織工程中起著關(guān)鍵的作用。人工合成可降解聚合物具有良好的可調(diào)控性，在組織工程領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用。但是，人工合成聚合物支架的親水性差且缺乏可供細(xì)胞粘附的結(jié)合位點，導(dǎo)致細(xì)胞在該類支架上的生長受到了極大的限制。因此，如何制備出細(xì)胞相容性良好的可降解多孔支架是目前該領(lǐng)域的研究熱點和難點。靜電紡絲法制備出的纖維支架可以很好的模擬仿生細(xì)胞外基質(zhì)，本博士論文對如何改進(jìn)纖維支架的細(xì)胞相容性做了深入的研究和探討。
首先基于靜電紡絲法，結(jié)合溶液共混和冷凍干燥技術(shù)制備出了聚碳酸亞丙酯(PPC)與天然高分子明膠(gelatin)的納米級復(fù)合纖維支架、熱塑性聚氨酯和氧化石墨烯(GO)復(fù)合纖維小直徑血管支架和具有PPC微米級纖維/殼聚糖(chitosan)納米級纖維并存的層次結(jié)構(gòu)的纖維支架。研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)gelatin在紡絲液中含量高于10%時，gelatin與PPC在紡絲過程中會發(fā)生嚴(yán)重相分離導(dǎo)致紡絲液噴濺、纖維粘接等現(xiàn)象的發(fā)生。加入微量醋酸可改善gelatin與PPC的相容性，使得混合液的紡絲過程順利進(jìn)行得到尺寸均勻的纖維，且加入的gelatin極大的改善了復(fù)合纖維支架的親水性及細(xì)胞相容性；通過自主搭建的旋轉(zhuǎn)型收集裝置制備出具有不同GO和PEI含量的TPU/GO，PCL/PEI小直徑血管支架，探討GO和PEI對復(fù)合纖維支架的結(jié)構(gòu)形態(tài)、親水性能的影響，并以人體血管內(nèi)皮細(xì)胞為細(xì)胞模型，研究了GO和PEI的含量對細(xì)胞的生長形態(tài)的影響，發(fā)現(xiàn)了低含量的GO和PEI對細(xì)胞的生長有促進(jìn)作用，而高含量的GO和PEI會導(dǎo)致細(xì)胞的死亡；調(diào)節(jié)溶劑的組成和搭建平行板收集裝置制備出了高度取向的PPC微米纖維支架，通過殼聚糖溶液浸潤和冷凍干燥后處理，在PPC微米纖維支架內(nèi)引入chitosan納米纖維，制備出的支架不僅具有微米級纖維和納米級纖維的層次結(jié)構(gòu)，而且含有生物相容性良好的chitosan，細(xì)胞培養(yǎng)結(jié)果表明該微納纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)為細(xì)胞的生長提供了適宜的環(huán)境。
其次，在靜電紡絲的基礎(chǔ)上，采用聚己內(nèi)酯(PCL)納米纖維作為shish來誘導(dǎo)在稀溶液的聚合物分子在其表面自發(fā)結(jié)晶形成周期性排列的晶片即kebab，制備出具有串晶結(jié)構(gòu)的纖維支架來改變支架的微觀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并采用天然聚合物修飾串晶纖維支架以達(dá)到在結(jié)構(gòu)上和功能上能夠仿生細(xì)胞外基質(zhì)中膠原纖維的目的。分別研究了shish的組成，kebab溶液的組成對形成的串晶結(jié)構(gòu)的影響。
研究發(fā)現(xiàn):采用聚己內(nèi)酯(PCL)/納米級羥基磷灰石(n HA)復(fù)合纖維作為shish制備出的串晶結(jié)構(gòu)具有良好的仿生礦物化性能且有利于人體骨肉瘤細(xì)胞(MG63)的生長，且使得纖維支架的力學(xué)強度得到改善；與77%的醋酸相比，使用PCL溶解度更低的乙酸戊酯作為溶劑配制的稀溶液有利于在PCL納米纖維上形成規(guī)整的kebab；采用化學(xué)接枝的方法在PCL串晶纖維支架表面接枝生物相容性好的基質(zhì)膠(matrigel)可改善纖維支架的親水性和細(xì)胞相容性。針對在研究中發(fā)現(xiàn)的溶液共混和化學(xué)接枝法的缺點和不足，提出chitosan-PCL共聚物在PCL納米纖維表面結(jié)晶來制備支架的新方法，在結(jié)晶過程中，共聚物中的PCL端會在紡絲纖維表面自發(fā)結(jié)晶形成周期性排列的晶片，而共聚物中的殼聚糖則由于PCL纖維的排斥作用而被暴露在外。采用該思路制備出的纖維支架既使得支架具有串晶結(jié)構(gòu)這一獨特的微觀拓?fù)湫螒B(tài)，又使得復(fù)合纖維支架富含殼聚糖單元來提供細(xì)胞的結(jié)合位點。研究發(fā)現(xiàn):采用該設(shè)計思路制備出的支架具有良好的親水性、仿生礦物化性能、細(xì)胞相容性以及優(yōu)良的成骨能力。
最后，為解決靜電紡絲法制備出的纖維支架規(guī)整性不足且難以制備成特定形狀的多孔支架的缺陷，并且采用簡單的熱致相分離法經(jīng)常涉及到有毒溶劑的使用的問題，提出了一種將擠出發(fā)泡法、瀝濾法以及冷凍干燥法相結(jié)合、并通過材料體系和工藝條件的調(diào)控制備獲得了具有雙峰泡孔結(jié)構(gòu)的富含殼聚糖納米纖維的PCL三維多孔支架的新方法，為批量化生產(chǎn)細(xì)胞相溶性好、泡孔率高、內(nèi)部連通性好的三維多孔支架提供新思路。
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