收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

静电纺丝制备PU/PVDF压电性细胞支架及其应用于创伤愈合领域的研究

郭洪峰  
【摘要】:研究背景及目的 创伤敷料可以加速创伤愈合。目前已上市或正在研发的敷料根据材质不同大致可分为传统敷料、天然敷料、合成敷料、药物敷料和组织工程敷料等几大类。这些敷料通过不同的机制发挥作用,包括促进细胞迁移、粘附及增殖,抑制细菌生长,促进吸收,保持创面湿润及防止粘连等。研究表明电刺激能够促进多种生长因子的表达和分泌,影响细胞的增殖、分化及再生等功能。电刺激在促进骨折修复及神经再生、治疗骨质疏松、慢性溃疡等领域已有应用,但将其应用于创伤敷料的研发尚未见报道。 许多早先的研究表明压电物质可以用于制备具有电刺激效应的生物材料。压电物质分为无机和有机两大类,前者又分为压电晶体(单晶体)和压电陶瓷(多晶体),分别以石英晶体和钛酸钡陶瓷为代表;后者又称压电聚合物,以聚偏二氟乙烯(PVDF)为代表。压电物质在生物材料领域的应用,最常见的是压电陶瓷应用于骨组织工程。由于压电陶瓷刚性强弹性弱,不适合应用于血管、神经、筋膜等软组织,因此压电聚合物PVDF近年来受到了很多关注。PVDF是一种多晶型聚合物,常见的晶型主要有α、β及γ三种。通常自由基聚合反应合成的PVDF主要由α晶型构成,不显示压电性。α晶型通过机械拉伸或电场极化可以转变为压电性很强的β晶型。有研究报道,通过静电纺丝可以直接从PVDF溶液得到β晶型的PVDF纤维。 静电纺丝综合了电喷雾和传统干法纺丝的特点,是一种通过强电场力对带静电荷的聚合物溶液或熔体进行拉伸,从而得到微米或纳米级超细纤维的加工工艺。静电纺丝在过滤、个体防护、传感器、自清洁、催化载体、光电磁、复合增强等许多领域都有应用,由于静电纺丝制备的纤维支架具有类似天然细胞外基质结构的特点,其相互连通的孔隙有利于细胞长入,高度的表面积体积比扩大了支架与细胞的接触面积,因此静电纺丝支架在组织工程领域也具有广阔的应用前景。 有研究报道,通过静电纺丝制备的聚偏二氟乙烯-三氟乙烯(PVDF-TrFE)支架具有良好的细胞相容性,在组织工程领域有潜在的应用前景,然而该研究并未涉及压电性对细胞功能的影响。此外,由于PVDF-TrFE氟树脂的力学性能不佳,因此单纯的PVDF-TrFE支架尚不能完全达到创伤敷料的要求。为改善现有研究的不足,本课题拟制备一种可应用于创伤愈合领域的压电性静电纺丝细胞支架,先通过压电系数测定及晶型表征验证支架的压电性,进而通过体内外实验分析探讨支架的压电性对成纤维细胞功能的影响。 研究方法 1、以PU作为改善支架力学性能的成分与PVDF混合,通过静电纺丝制备不同比例成分的PU/PVDF支架。 2、用电子万能试验机测量支架的抗拉强度及断裂伸长率,薄膜压电系数测试仪测量支架的压电系数,选择力学性能和压电性能都较好的一种比例成分的PU/PVDF支架进行后续实验。用扫描电子显微镜观察支架的微观形态,进而测量支架的纤维直径及孔径。通过X射线衍射(XRD)、差示扫描量热(DSC)和傅里叶转换红外光谱(FTIR)分析等方法研究静电纺丝前后PVDF的晶型变化。 3、在支架上培养NIH3T3细胞,通过激光共聚焦显微镜和扫描电子显微镜观察支架表面的细胞形态,通过CCK-8检测比较支架与组织培养聚苯乙烯(即普通细胞培养板或培养瓶的构成材料)的细胞相容性。 4、将支架粘贴在BioFlex Culture Plate孔底的硅胶弹性膜上,利用FX-4000T体外培养细胞加力系统使支架发生形变,从而激发压电性。通过划痕实验、粘附实验、定量PCR和Western blot等方法,研究支架的压电性对迁移、粘附及分泌细胞外基质等成纤维细胞主要功能的影响。 5、将支架植入SD大鼠皮下以验证支架的生物相容性,通过扫描电子显微镜、切片HE染色、激光共聚焦显微镜、流式细胞学检测和力学性能测试等方法,研究支架的压电性对体内成纤维细胞的刺激作用。 实验结果 1、获得理想形态纤维的静电纺丝最佳参数为流速0.8ml/h、电压15kV、接收距离20cm。选择PU/PVDF (1:1)支架进行后续实验,该支架的纤维直径和孔径分别为1.41±0.32μm、11.47±1.14μm。X射线衍射、差示扫描量热和红外光谱分析的结果表明,经过静电纺丝加工,PVDF粉末中的α晶型PVDF已基本上转变为PU/PVDF支架中的β晶型PVDF。 2、激光共聚焦显微镜和扫描电子显微镜观察的结果显示,NIH3T3细胞能在PU/PVDF支架上正常生长和增殖。CCK-8检测的结果表明,PU/PVDF支架的细胞相容性与组织培养聚苯乙烯相当,NIH3T3细胞能在支架上正常增殖。 3、划痕实验、粘附实验、定量PCR和Western blot的结果显示,实验组(压电激发的PU/PVDF支架)细胞层的迁移、粘附及分泌细胞外基质等功能均高于两个对照组(压电激发的PU支架和非压电激发的PU/PVDF支架),确认了使成纤维细胞功能增强的因素是PU/PVDF支架的压电性而非支架本身的化学成分或压电激发的处理过程。压电激发的PU/PVDF支架由于产生了电刺激效应,因而增强了支架细胞层的功能。 4、扫描电子显微镜、切片HE染色和激光共聚焦显微镜观察的结果显示,颅顶部皮下植入(很少发生形变)的PU/PVDF支架表面细胞的活跃程度与PU支架相当,而背部及腹部皮下植入(经常发生形变)的PU/PVDF支架表面细胞的活跃程度均较PU支架高,确认了使体内成纤维细胞活跃程度增强的因素是PU/PVDF支架的压电性而非支架本身的化学成分或支架的植入部位。植入背部及腹部皮下的PU/PVDF支架会随大鼠的自主活动经常发生形变,从而产生对支架表面细胞(主要是成纤维细胞)有刺激作用的压电效应,进而增强细胞的活跃程度。力学性能测试的结果显示,背部及腹部皮下植入的PU/PVDF支架的细胞复合程度较PU支架高,也说明了PU/PVDF支架对细胞有刺激作用,提高了支架的细胞复合程度。 结论 1、本课题通过静电纺丝制备了不同比例成分的PU/PVDF支架,其中以PU/PVDF(1:1)支架的力学性能和压电性能均适中。该支架在保证压电性能的同时,其力学性能也能达到创伤敷料的要求。 2、对PU/PVDF支架的微观形态进行了观察,测量了支架的纤维直径及孔径。通过晶型表征证实了支架中的PVDF主要由压电性的β晶型构成。 3、通过体外细胞实验验证了PU/PVDF支架的细胞相容性,证实了支架的压电性能够增强成纤维细胞的迁移、粘附及分泌等功能。 4、通过大鼠皮下植入验证了PU/PVDF支架的生物相容性,证实了支架的压电性对体内成纤维细胞的刺激作用。 5、本课题制备的PU/PVDF压电性细胞支架可作为一种能加速创面愈合且成本低廉的新型创伤敷料,在创伤愈合领域具有良好的应用前景。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 吴利标,许建衡,刘婉秀,孙淑明,吴丽娥;经胶原包埋、修饰的聚羟基乙酸与软骨细胞体外培养的实验研究[J];中国美容医学;2002年06期
2 陈哲峰,范卫民,刘峰;利用PLA、PGA、PLGA三种支架再生兔关节软骨[J];江苏医药;2005年08期
3 吴俊,孙俊英,郝思春,顾卫民;新型生物玻璃作为软骨细胞支架的实验研究[J];中华实验外科杂志;2004年02期
4 石桂欣,王身国,贝建中,夏照帆,肖仕初,刘旺;皮肤组织工程—细胞支架的构筑及其生物相容性评价[J];北京生物医学工程;2002年03期
5 高晶!100730,郭玉璞!100730,谭静江,李增会,刘志兰,江涛;组织学方法界定脑梗死缺血半暗带的可行性探讨[J];中华神经科杂志;2001年02期
6 杨美祥,林珠,丁寅;不同应力对人牙周膜成纤维细胞细胞骨架影响的体外研究[J];中国临床康复;2003年23期
7 林继宗;陈署贤;胡昆鹏;林楠;钟跃思;汤照峰;许瑞云;;大鼠骨髓间质干细胞与两种壳聚糖支架相容性的对比实验研究[J];新医学;2010年07期
8 高晶!100710,郭玉璞!100710,赵庆杰;脑梗死后细胞骨架和暗神经元的变化[J];中华神经科杂志;2000年01期
9 李晓玫,唐嘉薇,李彪,侯平;丝裂素活化蛋白激酶信号转导途径对血小板源生长因子所致鼠肾系膜细胞表型转化的调控作用[J];中华肾脏病杂志;2000年06期
10 陈希哲,杨连甲;生物陶瓷与骨组织工程[J];国外医学.生物医学工程分册;2000年01期
11 王卫国 ,娄思权 ,郑多 ,夏家辉;利用PLGA细胞支架再生人关节软骨的实验研究[J];中国现代医学杂志;2003年11期
12 沈士倩;王家伟;;微球细胞支架在骨组织工程中的应用[J];中国组织工程研究与临床康复;2009年34期
13 Price DL;卢德宏;;Alzheimer氏病的细胞支架病理学[J];首都医科大学学报;1989年03期
14 孙铭,王景云,孙宏晨,欧阳喈;骨髓间质干细胞人工骨构建的实验研究[J];现代口腔医学杂志;2005年05期
15 邢双春;翟立杰;王志强;赵可庆;;组织工程软骨研究进展[J];华西医学;2010年02期
16 欧阳彬;范卫民;马益民;刘锋;;壳聚糖、Ⅱ型胶原和PGA三种支架体外构建组织工程软骨的比较研究[J];江苏医药;2007年09期
17 李爱林;朱云飞;龙道畴;;聚β-羟基丁酸脂支架材料用于大鼠前脂肪细胞移植(英文)[J];中国组织工程研究与临床康复;2007年05期
18 华丽;邹德荣;;小肠黏膜下层修复骨组织缺损的研究进展[J];国际口腔医学杂志;2007年04期
19 朱乐银;崔志明;;脊髓组织工程中纳米支架材料的研究进展[J];中国矫形外科杂志;2009年14期
20 王馨;骆汉清;关燕清;;聚异丙基丙烯酰胺及其衍生物在组织工程中的应用[J];生物医学工程学杂志;2010年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 崔万寿;金哲;巩艳青;刘涛;李维仁;李广永;周峰;白光一;刘京;高喆珠;辛钟成;;种植自体脂肪干细胞的可吸收性细胞支架在阴茎皮下组织再生的安全有效性研究[A];第七次全国中西医结合男科学术会议及全国中西医结合男科提高班论文汇编及讲义[C];2011年
2 贝建中;杨飞;涂赤枫;石桂欣;王身国;;细胞支架的各种制备方法及性能比较[A];2004年全国高分子材料科学与工程研讨会论文集[C];2004年
3 王友法;闫玉华;李世普;严琼姣;;PRGD/PDLLA/n-HAP神经再生细胞支架材料(英文)[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第2分册)[C];2010年
4 崔玉红;杨亚辉;吴云峰;;细胞支架二维和三维多孔构型的流体和固体非线性耦合及其物质传输的数值计算[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年
5 王文氢;;表皮抗原-epiplakin分子的基因结构和蛋白功能的研究[A];中华医学会第16次全国皮肤性病学术年会摘要集[C];2010年
6 何斌;张勇;常菁;姜岩世;顾忠伟;;组织工程仿生血管网络的研究[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
7 尹桂波;张幼珠;;静电纺丝素基纳米纤维及其作为细胞支架的研究[A];第七届功能性纺织品及纳米技术应用研讨会论文集[C];2007年
8 尹桂波;张幼珠;王曙东;王立新;吴佳林;施德兵;董智慧;符伟国;;静电纺PLA/丝素-明胶复合纤维膜作为组织工程材料的研究[A];第八届功能性纺织品及纳米技术研讨会论文集[C];2008年
9 方宁涛;孙洪亮;谢尚喆;王松梅;吴春根;潘鸾凤;;内皮前体细胞构建组织工程心脏瓣膜[A];第十次中国生物物理学术大会论文摘要集[C];2006年
10 朴东旭;陈晓东;张颖;叶玲;;时空匹配性细胞支架的新模型:可降解多元混构体系[A];第九届全国生物材料学术会议(CBMS-9)论文集[C];2002年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 丁兆红;超临界流体制备组织工程细胞支架工艺基础研究[D];大连理工大学;2012年
2 宗晨;基于人骨髓间充质干细胞的组织工程技术研究[D];浙江大学;2013年
3 郭洪峰;静电纺丝制备PU/PVDF压电性细胞支架及其应用于创伤愈合领域的研究[D];第三军医大学;2012年
4 沙菁(丰刀女);数字化无阀微泵的设计、制作及应用实验研究[D];南京理工大学;2007年
5 吴明月;牙种植体表面生物化修饰及构建组织工程支架的实验研究[D];南京医科大学;2010年
6 朱文;可注射的生物降解水凝胶[D];复旦大学;2005年
7 潘勇;以脱矿脱细胞骨基质环为支架构建组织工程化椎间盘纤维环的实验研究[D];第三军医大学;2007年
8 杨灿;抑郁模型大鼠再次急性及慢性应激后海马细胞支架的改变[D];武汉大学;2010年
9 刘勇;RCCS内微载体大规模肝细胞扩增研究[D];南方医科大学;2009年
10 李长青;仿生髓核组织工程细胞支架的构建和性能研究[D];第三军医大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 周盛源;韧带脱细胞支架构建的实验研究[D];第二军医大学;2010年
2 廖彦生;骨髄间充质干细胞在细胞支架上的生长及诱导分化为神经元的实验研究[D];泸州医学院;2012年
3 甘添天;温敏性微凝胶用于可注射三维细胞支架材料的研究[D];南开大学;2010年
4 王颖倩;细胞支架复合体促进大鼠腹部预构皮瓣存活及其再血管化的实验研究[D];苏州大学;2014年
5 姜楠;不同方法制备大鼠肝脏脱细胞支架及其免疫原性和细胞相容性研究[D];第四军医大学;2013年
6 陈哲峰;利用PLA,PGA,PLGA三种支架再生兔关节软骨的实验研究[D];南京医科大学;2005年
7 欧阳彬;壳聚糖、Ⅱ型胶原、PGA三种支架体外构建组织工程软骨的比较研究[D];南京医科大学;2007年
8 杨亚辉;细胞支架平面多孔构型的流固非线性耦合数值计算[D];天津大学;2007年
9 林阳彦;丝素蛋白膜修复兔尿道缺损的实验研究[D];第一军医大学;2007年
10 谢舜峰;人胚血管平滑肌细胞的培养及其与三维可降解乳酸与羟基乙酸共聚物(PLGA)细胞支架的亲和性实验[D];汕头大学;2003年
中国重要报纸全文数据库 前9条
1 记者 张丽霞;我市干细胞技术跻身国际前列[N];大连日报;2011年
2 聂松义;心肌细胞膜钾离子通道研究进展[N];中国医药报;2005年
3 ;跃居世界前沿的英国干细胞研究[N];科技日报;2006年
4 郑杨;电纺丝技术:能否穿上“纳米布”[N];经济日报;2008年
5 记者 何屹;英找到培养骨胶原细胞组织新方法[N];科技日报;2005年
6 裴国献 陈滨;医学临床对组织工程学的要求[N];中国医药报;2001年
7 记者 郭静 通讯员 肖金 张启星;探索再生型生物材料的新应用[N];广东科技报;2011年
8 记者 曹斯 通讯员 肖金 张启星;生物材料可再生人体缺失组织[N];南方日报;2011年
9 本报记者 王丹 通讯员 罗国金;组织工程软骨 关节修复的点睛之笔[N];健康报;2011年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978