学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

聚乳酸/乙醇酸共聚物（PLGA）仿生细胞外基质的制备、表征及其与蛋白界面交互作用的研究

作　者: 刘福娟
导　师: 史向阳；王善元
学　校: 东华大学
专　业: 纺织材料与纺织品设计
关键词: PLGA 静电纺纳米纤维组织工程细胞外基质人血清蛋白生物相容性蛋白吸附和频振动光谱
分类号: R318.08
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
下　载: 262次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

组织工程学是一门新兴的交叉学科,它融合了工程学和生命科学的基本原理和方法,目的是在体外构建一个有生物活性的种植体,植入体内修复组织缺损,替代器官功能。其基本方法是将种子细胞在体外进行培养扩增,然后把扩增的细胞与外源性细胞外基质按一定比例混合,形成细胞-材料复合物。将该复合物植入组织或器官的病损部位,随着时间的推移,生物材料在体内逐渐降解,植入的细胞不断增殖并且分泌越来越多的细胞外基质,形成新的组织或器官,从而达到修复创伤和重建功能的目的。在这个过程中,作为支架的生物材料不仅为细胞的生长和代谢提供了有利的空间,也为植入的细胞分泌细胞外基质并形成新组织或器官提供较好的环境。可见,生物材料支架对组织再生有着举足轻重的作用。因此要模拟天然细胞外基质的结构和功能,必须找到合适的外源性材料,这是组织工程的关键。一般可生物降解和生物相容的生物材料制备的三维多孔支架能够作为外源性细胞外基质,促进细胞黏附、生长和增殖,形成新的组织结构并控制细胞表型。理想的外源性细胞外基质即人工细胞外基质可以模拟天然组织中细胞外基质的结构和功能,也就是生物材料的仿生化,这将成为今后组织工程支架材料研究的热点之一。本课题就从生物材料的仿生角度出发,成功地利用可生物降解和生物相容的合成材料聚乳酸／乙醇酸共聚物(PLGA)静电纺,仿生细胞外基质,并且具有良好生物相容性的多壁碳纳米管(MWCNTs)的加入极大的提高了支架材料的机械性能。由于生物材料和体内蛋白的交互作用,直接影响到细胞的黏附、增殖效应,所以我们还使用和频振动光谱(SFG)研究了PLGA膜和人血清蛋白(HSA)溶液界面间的交互作用。首先介绍了静电纺丝的方法、原理、成丝的影响因素以及静电纺纳米纤维的广泛应用。之后采用体积比为3：1的四氢呋喃(THF)和二甲基甲酰胺(DMF)作为纺丝溶剂,制备出了可生物降解和生物相容的PLGA静电纺纳米纤维毡。并且系统地研究了分子量、流速、纺丝电压和成分对静电纺PLGA纳米纤维的形态和性能的影响。发现在一定的静电纺工艺条件下,纺丝电压的变化对纳米纤维的表面形态影响不大,而PLGA分子量和流速是影响静电纺纳米纤维形成串珠的重要因素。通过参数的优化,静电纺PLGA纳米纤维毡能够形成很好的表面形态。由于其具有大的表面体积比,所以显示出比流延膜更高的孔隙率。另外,为了提高PLGA纳米纤维毡的机械强度,把MWCNTs均匀分散到PLGA溶液中,按照优化的工艺参数,成功地制备出直径分布相对均匀的静电纺PLGA/MWCNTs复合纤维毡。经过力学性能测试,静电纺PLGA/MWCNTs复合纤维毡显示出比纯的PLGA纤维毡更优越的机械性能。所以,静电纺PLGA和PLGA/MWCNTs复合纳米纤维毡可以作为开发组织工程支架的新材料,这为后面的工作提供了很大帮助。由于PLGA/MWCNTs静电纺纳米纤维毡具有优良的机械性能,所以对其做了生物相容性研究。使用两种方法制备,分别得到多孔PLGA和PLGA/MWCNTs静电纺纳米纤维毡,孔径为2μm和7μm的大孔PLGA和PLGA/MWCNTs流延膜。通过SEM图像和MTT实验；发现在这两种不同类型的支架上种植细胞,活力研究显示细胞在所有支架上的黏附和增殖都要优于玻片,而且含有MWCNTs的PLGA复合支架比其相应的纯PLGA支架更加趋于提高成纤维细胞的黏附、铺展和增殖。随着培养时间的延长,静电纺PLGA/MWCNTs纳米纤维毡比与其相似组成的大孔膜呈现出较好的细胞增殖和生长。由此可见,MWCNTs具有良好的生物降解和生物相容性,而且提高了纳米纤维毡的孔隙率,这使它们成为组织工程支架的最佳选择。当生物医学材料作为植入体植入后,最先发生在生物材料与血液界面的行为便是蛋白吸附。接下来是生物材料与生物体的交互作用,包括细胞黏附,血凝等都要受初始蛋白吸附的性质所影响和控制。由于细胞对材料的响应是在蛋白吸附之后,蛋白吸附层将介入细胞与材料的作用。因此,评价一种植入生物材料是否被接受还是拒绝(是否生物相容)很大程度上取决于蛋白吸附。所以,研究PLGA膜和HSA生物大分子固、液界面的交互作用在指导生物材料设计方面具有重要的意义。本课题借助一种表面敏感技术—和频振动光谱(SFG)先是比较了PLGA多层薄膜和旋转镀膜在空气界面的信号区别,然后在表面分别做蛋白吸附,原子力显微镜(AFM)显示蛋白吸附后均匀排列,且PLGA膜的表面亲水性增强。此外,选定合适的pH值和浓度,也第一次比较了固、液界面,HSA大分子在生物材料PLGA膜上的物理吸附和化学键合的不同,通过拟合和计算,成功得到了HSA大分子在PLGA表面的取向角范围,即旋转角和倾斜角。这为今后准确计算出HSA大分子的取向角奠定了坚实的基础,也为将来PLGA成为组织工程支架材料的深入研究和临床应用提供了重要的实验数据和科学依据。

全文目录

摘要  5-8
ABSTRACT  8-17
第一章绪论  17-43
  1.1 组织工程学  17-21
    1.1.1 组织工程的概念  17-20
    1.1.2 组织工程的发展  20-21
  1.2 细胞外基质(extracellular matrix,ECM)  21-27
    1.2.1 天然细胞外基质  21-26
      1.2.1.1 胶原蛋白  22-23
      1.2.1.2 氨基聚糖和蛋白多糖  23-25
      1.2.1.3 层粘连蛋白和纤连蛋白  25
      1.2.1.4 弹性蛋白  25-26
    1.2.2 细胞外基质的作用  26-27
  1.3 生物医用材料的发展、分类及特性  27-31
    1.3.1 生物医用材料的发展  27-29
    1.3.2 生物医用材料的分类  29-30
    1.3.3 生物医用材料的特性  30-31
  1.4 组织工程仿生细胞外基质  31-32
  1.5 静电纺丝  32-33
  1.6 本论文的研究内容、意义及创新性  33-36
    1.6.1 研究内容和意义  33-35
    1.6.2 创新性  35-36
  参考文献  36-43
第二章静电纺丝基本理论  43-61
  2.1 静电纺丝方法简介及其发展历程  43-45
    2.1.1 静电纺丝方法  43-44
    2.1.2 静电纺丝的发展历程  44-45
  2.2 国内外对静电纺丝的研究现状  45-46
  2.3 静电纺丝的原理及纺丝过程概述  46-49
    2.3.1 静电纺丝的原理  46
    2.3.2 静电纺丝过程概述  46-49
      2.3.2.1 Taylor锥的形成原因  47-48
      2.3.2.2 聚合物射流的拉伸和不稳定性  48-49
      2.3.2.3 聚合物射流固化成纳米纤维  49
  2.4 影响纳米纤维形态的因素  49-53
    2.4.1 高聚物溶液的粘度和浓度的影响  49-50
    2.4.2 聚合物分子量Mw的影响  50
    2.4.3 溶液电导率的影响  50-51
    2.4.4 纺丝电压  51
    2.4.5 流速  51-52
    2.4.6 环境的影响  52-53
  2.5 静电纺纳米纤维的应用  53-54
    2.5.1 生物医用材料  53
    2.5.2 过滤膜  53-54
    2.5.3 复合增强材料  54
    2.5.4 传感器  54
  参考文献  54-61
第三章聚乳酸/聚乙醇酸共聚物(PLGA)的静电纺丝及其纤维的性能研究  61-76
  3.1 引言  61
  3.2 实验部分  61-63
    3.2.1 实验材料  61
    3.2.2 实验设备  61-62
    3.2.3 溶液配制  62
    3.2.4 静电纺丝方法  62
    3.2.5 纤维形貌观察(扫描电子显微镜,SEM)  62
    3.2.6 衰减全反射—傅立叶变换红外光谱(ATR-FTIR)  62-63
    3.2.7 热分析(差示扫描量热法,DSC)  63
    3.2.8 静电纺纳米纤维毡的孔隙率  63
    3.2.9 机械性能测试  63
  3.3 结果与讨论  63-74
    3.3.1 静电纺工艺参数对纳米纤维毡形态的影响  63-70
    3.3.2 衰减全反射-傅立叶转换红外光谱(ATR-FTIR)分析  70
    3.3.3 热分析(差示扫描量热法,DSC)  70-71
    3.3.4 孔隙率  71-72
    3.3.5 机械性能测试  72-74
  3.4 结论  74
  参考文献  74-76
第四章 PLGA/MWCNTs复合材料的多孔微结构对成纤维细胞生长的影响  76-94
  4.1 引言  76-78
  4.2 实验部分  78-83
    4.2.1 实验材料和试剂  78-79
    4.2.2 实验设备  79
    4.2.3 多孔PLGA和PLGA/MWCNTs静电纺纳米纤维毡的制备  79-80
    4.2.4 大孔PLGA和PLGA/MWCNTs膜的形成  80
    4.2.5 细胞培养  80-82
      4.2.5.1 材料处理  80
      4.2.5.2 复苏细胞  80-81
      4.2.5.3 消化细胞  81
      4.2.5.4 细胞种植  81-82
      4.2.5.5 MTT实验  82
    4.2.6 细胞微观形貌观察  82-83
  4.3 结果与讨论  83-89
    4.3.1 多孔支架的SEM照片  83-84
    4.3.2 成纤维细胞的黏附  84-85
    4.3.3 成纤维细胞的增殖  85-87
    4.3.4 成纤维细胞生长的SEM照片  87-89
  4.4 结论  89
  参考文献  89-94
第五章不同方法制备的PLGA膜的表面性能表征和蛋白吸附  94-119
  5.1 界面的概念  94
  5.2 和频振动光谱(Sum Frequency Generation,SFG)对界面的研究及其应用发展  94-96
  5.3 本章研究的内容和意义  96-97
  5.4 实验部分  97-101
    5.4.1 实验材料和试剂  97
    5.4.2 基体洁净的步骤  97-98
    5.4.3 APTES自组装单层膜的形成  98
    5.4.4 PLGA多层薄膜和旋转镀膜的制备  98
    5.4.5 HSA在PLGA多层薄膜和旋转镀膜表面的吸附  98-99
    5.4.6 仪器和测试方法  99-101
  5.5 结果与讨论  101-106
    5.5.1 APTES分子和PLGA大分子的接枝  101-102
    5.5.2 红外分析  102-104
    5.5.3 SFG结果分析  104-105
    5.5.4 HSA在PLGA表面的物理吸附  105-106
  5.6 结论  106-107
  参考文献  107-119
第六章 PLGA与人血清蛋白(HSA)交互作用的研究  119-139
  6.1 引言  119-120
  6.2 实验部分  120-123
    6.2.1 实验材料和试剂  120-121
    6.2.2 基体洁净和样品制备  121
    6.2.3 SFG的实验装置和几何构型  121-122
    6.2.4 化学键合  122-123
  6.3 结果与讨论  123-135
    6.3.1 PLGA与空气界面的SFG信号  123-124
    6.3.2 人血清蛋白(HSA)在PLGA膜上的物理吸附  124-128
      6.3.2.1 时间依赖性(time depending)  124-125
      6.3.2.2 PLGA膜与人血清蛋白溶液界面的SFG信号  125-128
    6.3.3 人血清蛋白在PLGA膜上的化学键合  128-131
      6.3.3.1 时间依赖性(time depending)  128-129
      6.3.3.2 PLGA膜与人血清蛋白界面的SFG信号  129-131
    6.3.4 不同的pH值对人血清蛋白(HSA)物理吸附的影响  131-133
    6.3.5 不同浓度对人血清蛋白(HSA)物理吸附的影响  133-134
    6.3.6 不同的接触时间对HSA物理吸附的影响  134-135
  6.4 结论  135
  参考文献  135-139
第七章结论与展望  139-142
  7.1 结论  139-140
  7.2 展望  140-142
攻读博士期间发表的文章  142-143
致谢  143

聚乳酸/乙醇酸共聚物（PLGA）仿生细胞外基质的制备、表征及其与蛋白界面交互作用的研究

内容摘要

全文目录

相似论文