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丝素蛋白/聚己内酯复合超细纤维支架的制备及性能研究

唐圣奎  
【摘要】: 本文通过静电纺丝法制备丝素蛋白超细纤维膜,并对其进行甲醇处理。甲醇处理后,纤维间发生粘连,丝素蛋白的构象主要为β折叠结构。处理后电纺丝素蛋白超细纤维膜的拉伸强度明显变大,但纤维膜变得更脆。同时,静电纺制备聚己内酯超细纤维,并采用热处理的方法使纤维间发生粘接,在55℃下对电纺聚己内酯超细纤维热处理30min、60min后,纤维间有明显的粘接。热处理没有改变电纺聚己内酯超细纤维的分子结构和晶型,但热处理后纤维的结晶度提高,纤维膜的力学性能有明显改善。 由于电纺丝素蛋白膜的脆性较大,限制了其在组织工程中的应用,因此采用静电纺丝的方法制备出丝素蛋白/聚己内酯共混复合超细纤维,以期改善丝素蛋白的力学性能。结果表明,随复合超细纤维中聚己内酯含量的增加,纤维的直径逐渐增大,纤维的结晶逐渐变好,但纤维中两组分的相容性逐渐变差;聚己内酯的加入改善了复合超细纤维膜的力学性能,与甲醇处理后电纺丝素蛋白超细纤维膜相比,甲醇处理后的复合超细纤维膜有更高的断裂伸长率和较低的杨氏模量,并且仍具有较好的拉伸强度;体外细胞培养结果表明,小鼠成纤维细胞(L929)可以很好地在电纺丝素蛋白/聚己内酯复合超细纤维支架上生长增殖,电纺丝素蛋白/聚己内酯复合超细纤维支架对细胞无毒性,具有良好的细胞相容性。 在上述丝素蛋白/聚己内酯共混复合超细纤维中引入纳米羟基磷灰石颗粒,形成纳米羟基磷灰石/丝素蛋白/聚己内酯共混复合超细纤维。结果表明,随着复合超细纤维中纳米羟基磷灰石含量的增加,纤维中聚己内酯的结晶逐渐变差;相比于电纺丝素蛋白/聚己内酯复合超细纤维膜,当纳米羟基磷灰石/丝素蛋白/聚己内酯复合超细纤维中羟基磷灰石质量分数达30%时,其力学性能仍没有明显下降;当复合纤维中羟基磷灰石的质量分数为30%时,随着复合纤维中聚己内酯含量的增加,复合超细纤维膜的力学性能得到明显改善;细胞培养结果表明,电纺纳米羟基磷灰石/丝素蛋白/聚己内酯复合超细纤维支架对细胞无毒性,人骨肉瘤细胞系(MG63)可以在电纺纳米羟基磷灰石/丝素蛋白/聚己内酯复合超细纤维支架上很好地黏附和增殖,电纺纳米羟基磷灰石/丝素蛋白/聚己内酯复合超细纤维支架具有很好的细胞相容性,并且电纺纳米羟基磷灰石/丝素蛋白/聚己内酯复合超细纤维支架能很好地促进骨组织细胞的分化。 通过同轴静电纺丝成功制备出核(聚己内酯)-壳(纳米羟基磷灰石/丝素蛋白)和核(多壁碳纳米管/聚己内酯)-壳(纳米羟基磷灰石/丝素蛋白)结构复合超细纤维。结果表明,在核-壳结构复合超细纤维中,核加入多壁碳纳米管后,电纺核-壳结构复合超细纤维的热稳定性提高;相比于核(聚己内酯)-壳(纳米羟基磷灰石/丝素蛋白)复合超细纤维膜的软而韧,核(多壁碳纳米管/聚己内酯)-壳(纳米羟基磷灰石/丝素蛋白)复合纤维膜显得硬而脆,但由于核层的多壁碳纳米管增强聚己内酯,使得电纺核(多壁碳纳米管/聚己内酯)-壳(纳米羟基磷灰石/丝素蛋白)复合超细纤维膜具有更大的拉伸强度;体外细胞培养表明,MG63细胞可以在两种核-壳结构复合超细纤维支架上很好地黏附和增殖,并且两种核-壳结构复合超细纤维支架都可以很好地促进骨细胞的分化。相比而言,电纺核(聚己内酯)-壳(纳米羟基磷灰石/丝素蛋白)复合超细纤维支架比电纺核(多壁碳纳米管/聚己内酯)-壳(纳米羟基磷灰石/丝素蛋白)复合超细支架更有利于MG63细胞的黏附、增殖和分化。


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