可降解高分子/碳纳米管复合电纺纤维的制备及其性能研究

论文摘要

本论文使用静电纺丝法制备了无规取向和定向导电聚乳酸／碳纳米管(PLA/MWCNTs)复合纤维支架和载药(茶多酚)的聚己内酯／碳纳米管(PCL/MWCNTs)复合纤维支架。其中,所采用的聚乳酸和聚己内酯高分子可生物降解,无毒,具有良好的生物相容性；多壁碳纳米管(MWCNTs)具有优异的力学性能、导电性及良好的生物相容性。因此,可以预见,我们制备的纤维支架在组织工程和药物控制释放方面具有广阔的应用前景。首先,对于PLA/MWCNTs导电复合电纺纤维支架,我们使用扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM),万能材料力学实验机,超高阻微电流测量仪,材料体外降解等手段进行表征。结果表明：PLA/MWCNTs导电复合纤维直径均匀、形貌良好；MWCNTs在复合纤维内部分散均匀；复合纤维力学性能得到大幅提高,且定向纤维支架比无规取向纤维支架力学性能强；在MWCNTs含量为3%时,有电渗阈值现象；PLA/MWCNTs导电复合电纺纤维体外降解速度受MWCNTs含量的影响显著。其次,我们使用自制装置对成骨细胞在导电PLA/MWCNTs纤维支架上的生长进行了不同大小的微直流电刺激(50,100,200μA),以研究导电复合纤维的形貌特征和电刺激对成骨细胞体外生长的协同影响。我们分别使用Alamar blue法,普通光学显微镜,荧光显微镜和扫描电子显微镜对细胞的生长进行了表征。结果表明：没有电刺激时,成骨细胞在无规取向纤维支架上向四周均匀生长,在定向纤维支架上沿纤维取向生长,且细胞在定向纤维支架上增殖数量要好于无规取向纤维支架,且MWCNTs含量为3%时,细胞生长情况最好；50,100μA电刺激都能促进成骨细胞的生长,100μA电刺激最有利于细胞生长,200μA电刺激导致成骨细胞大量死亡；成骨细胞在电刺激作用下,沿电流方向生长(100μA电刺激效果最好),无规取向导电纤维支架上的细胞在电刺激作用下形貌变得狭长,定向纤维支架上细胞长宽比也有所提高。最后,对于载药(茶多酚)PCL/MWCNTs复合电纺纤维支架,首先采用傅里叶转换红外分析仪(FTIR)对MWCNTs/GTP进行表征,然后采用扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM),激光共聚焦显微镜,万能力学测试仪,体外降解,体外药物控制释放,细胞实验(OB, A549, Hep G2)等手段进行了表征。结果表明：茶多酚(GTP)成功粘附在了MWCNTs表面;PCL/MWCNTs复合电纺纤维直径分别较宽,形貌良好,MWCNTs在纤维内部分散均匀；复合纤维支架力学性能由于MWCNTs而增强,由于小分子药物GTP而下降；载药PCL/MWCNTs复合纤维支架体外降解速度受MWCNTs和GTP含量的影响较大；载药PCL/MWCNTs复合纤维支架相对于纯PCL载药支架来说,能有效降低GTP的突释现象,且对正常细胞毒性较小,对肿瘤细胞生长有一定的抑制作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 静电纺丝体系
• 1.2.1 静电纺丝体系的历史
• 1.2.2 静电纺丝原理及影响因素
• 1.3 电纺纤维的材料及结构
• 1.3.1 电纺纤维的材料
• 1.3.2 电纺纤维的结构
• 1.4 电纺纤维与组织工程支架
• 1.5 电纺纤维与药物控制释放
• 1.6 电纺纤维的其他应用
• 1.7 本文研究目的、主要内容与创新点
• 1.7.1 本文研究目的
• 1.7.2 本文研究主要内容
• 1.7.3 本文研究主要创新点
• 第2章 导电PLA/MWCNTs复合纤维的制备与表征
• 2.1 前言
• 2.2 实验材料及设备
• 2.2.1 实验材料
• 2.2.2 实验设备
• 2.3 导电PLA/MWCNTs复合纤维膜制备
• 2.3.1 MWCNTs酸化与纺丝液
• 2.3.2 静电纺丝
• 2.4 导电PLA/MWCNTs复合纤维膜表征
• 2.4.1 SEM
• 2.4.2 TEM
• 2.4.3 拉伸力学测试
• 2.4.4 表面电阻率测试
• 2.4.5 体外降解表征
• 2.5 数据统计学处理
• 2.6 结果与分析
• 2.6.1 表面形貌分析
• 2.6.2 内部结构分析
• 2.6.3 力学特征分析
• 2.6.4 表面电阻率分析
• 2.6.5 体外降解分析
• 2.7 本章小结
• 第3章 微电流刺激对导电PLA/MWCNTs纤维上成骨细胞生长影响
• 3.1 前言
• 3.2 实验材料及设备
• 3.2.1 实验材料
• 3.2.2 实验设备
• 3.3 成骨细胞体外培养
• 3.3.1 器材及细胞专用液体
• 3.3.2 材料灭菌和预处理
• 3.3.3 细胞接种与微电流刺激实验
• 3.4 成骨细胞体外表征
• 3.4.1 Alamar blue
• 3.4.2 光学显微镜
• 3.4.3 荧光显微镜
• 3.4.4 扫描电子显微镜（SEM）
• 3.5 结果与分析
• 3.5.1 细胞增殖结果分析
• 3.5.2 光镜结果分析
• 3.5.3 荧光结果分析
• 3.5.4 SEM结果分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 载茶多酚PCL/MWCNTs纤维制备、表征及其体外抗肿瘤研究
• 4.1 前言
• 4.2 实验材料及设备
• 4.2.1 实验材料
• 4.2.2 实验设备
• 4.3 载茶多酚PCL/MWCNTs纤维制备
• 4.3.1 MWCNTs化学改性及纺丝液
• 4.3.2 静电纺丝
• 4.4 载茶多酚PCL/MWCNTs纤维表征
• 4.4.1 FTIR
• 4.4.2 UV-Vis spectrophotometer
• 4.4.3 SEM
• 4.4.4 TEM
• 4.4.5 激光共聚焦显微镜
• 4.4.6 荧光激光共聚焦显微镜
• 4.4.7 拉伸力学测试
• 4.4.8 接触角测试
• 4.4.9 体外降解
• 4.4.10 体外释放
• 4.5 载茶多酚PCL/MWCNTs纤维体外抗肿瘤表征
• 4.6 数据的统计学处理
• 4.7 结果与分析
• 4.7.1 红外、紫外结果分析
• 4.7.2 表面形貌分析
• 4.7.3 内部结构分析
• 4.7.4 力学特征分析
• 4.7.5 体外降解分析
• 4.7.6 体外药物释放分析
• 4.8 体外抗肿瘤结果与分析
• 4.8.1 正常细胞毒性分析
• 4.8.2 抗肿瘤效果分析
• 4.9 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文