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《东华大学》 2018年
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PBT/壳聚糖单向导水非织造材料的制备及其在细胞过滤与释放中的应用

蒋佩林  
【摘要】:体外细胞培养作为细胞治疗、移植、组织工程和再生医学等领域的基本操作技术而被广泛使用。传统的贴壁细胞培养过程繁琐,一般需要经过细胞复苏、消化、离心、吹打、计数、接种等步骤。消化液中的乙二胺四乙酸(EDTA)可以加速细胞和培养瓶的脱离,提高消化效率,但在后续的细胞生长过程中会影响细胞的活性,损伤细胞,因此在消化完成后必须去除。传统的方法是通过离心力的作用使得细胞与溶液分层,从而去除上清液中的EDTA,再加入新的培养基轻轻吹打以分散细胞。但是离心法存在一定的缺点和局限,例如,离心力会对细胞造成一定的损伤,降低细胞活性;离心操作在无菌工作台外进行,增加了细胞被污染的风险;离心带来的吹打分散细胞的过程不可避免地加强了对细胞的破坏等。为了有效解决离心操作带来的问题,本课题提供了一种用过滤法代替离心法的新思路。所制备的单向导水非织造材料,让细胞悬液仅依靠自身重力进行过滤,有效地避免了离心力对细胞的损伤。同时,截留在材料疏水面上的细胞不易粘附在材料上,能完全地释放到新的培养基中,省去了人为吹打细胞的操作,节约时间且避免了破坏细胞。整个过滤与释放的操作过程在无菌工作台内进行,降低细胞污染几率。论文通过非织造过滤基材的设计、多种工艺技术的结合、性能表征等方法,制备了PBT/壳聚糖单向导水非织造材料,并研究了其在细胞过滤与释放中的应用潜力。PBT/壳聚糖单向导水非织造材料的制备思路可概括为:(1)熔喷工艺技术制备PBT非织造过滤基材;(2)低温等离子体技术获得单面亲水性能;(3)壳聚糖醋酸溶液涂层制备PBT/壳聚糖单向导水非织造材料;(4)交联获得稳定的结构与性能。最后,评价该材料对细胞过滤与释放的效果。首先,以挤出量为参数,对熔喷工艺进行了研究。实验结果表明,当挤出量在0.01-0.07 g/min范围内时,随着挤出量的增加,熔喷纤维直径逐渐增加,纤维直径分布更加宽泛,平均孔径和最大孔径都逐渐增大。因此,采用不同的熔喷工艺参数制备了具有相同面密度和厚度的PBT熔喷非织造材料(1#、2#、3#)。通过对这三种样品的纤维直径、孔径及其分布、力学性能及透气性能的分析,选定纤维直径和孔径较小的、断裂应力较大的1#样品作为单向导水非织造过滤基材。然后,为了有效地过滤与释放细胞,我们用1#样品和壳聚糖为原料制备了PBT/壳聚糖单向导水非织造材料,探讨了低温等离子体处理的最佳工艺参数和最佳壳聚糖浓度。研究发现,当低温等离子体处理时间为10 s,材料具有最大的双面润湿差异性,因此低温等离子体处理的最佳工艺参数为:处理气体为氧气,真空度为10%,处理时间为10 s。当壳聚糖浓度在0.01-0.04 g/mL范围内时,随着壳聚糖浓度的增加,材料的面密度增加、平均孔径和最大孔径减小、透气性减小、MD和CD方向的断裂应力增加,断裂应变降低,而厚度变化不大。此外,利用扫描电子显微镜分析(SEM)、X射线能谱元素像分析(EDSMapping)、红外光谱分析(FITR-ATR)、X射线光电子能谱分析(XPS)、差式扫描量热法(DSC)、热重法(TG)等手段对材料的理化性能进行了表征。结果表明,当壳聚糖浓度为0.04 g/mL时,PBT/壳聚糖单向导水非织造材料在厚度方向上呈现明显的梯度润湿性。涂层面有壳聚糖存在而亲水,未涂层面没有壳聚糖而疏水。因此,该材料单向导水效果显著,水滴能在3 s内完全渗透到亲水面,且在200℃以下不会热分解,具有良好的热稳定性。最后,将PBT/壳聚糖单向导水非织造材料组装成新型细胞过滤器,对细胞进行过滤与释放实验,与离心法对比,研究分析材料的生物相容性,细胞收集率,细胞活性以及材料的可重复使用性能。结果表明,PBT/壳聚糖单向导水非织造材料具有良好的生物相容性,使细胞易于增殖。由于材料的未涂层面疏水,在短时间内细胞不易粘附,因此在进行细胞过滤后,仅通过轻轻晃动该材料就可以轻易释放掉未涂层面上的所有细胞。当壳聚糖浓度为0.04 g/mL时,材料的细胞收集率达99%以上,高于离心法所得,且能有效地去除溶液中的EDTA。过滤法不仅不会影响细胞活性,而且还能重复使用。材料在重复使用50次后,仍然保持细胞收集率和膜通量不变,且紫外灯长时间照射后,强力损失较低,具有良好的可重复使用性能。综上所述,本课题结合多种技术制备出PBT/壳聚糖单向导水非织造材料,优化工艺参数并测试了材料的理化性能,组装了新型细胞过滤器后对比分析过滤法和离心法的异同,结果证明PBT/壳聚糖单向导水非织造材料在细胞过滤与释放的应用上有明显的优势。
【学位授予单位】:东华大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TS176;R318.08

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