殼聚糖基納米纖維組織工程支架的交聯(lián)與性能評價(jià).pdf

1、近年來，由靜電紡絲法制備各種能仿生天然細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)的納-微米超細(xì)纖維結(jié)構(gòu)的生物材料支架已成為組織工程學(xué)研究的一個熱點(diǎn)。作為常用的組織工程支架構(gòu)建的選擇材料之一，天然生物高分子材料殼聚糖(CTS)已被通過不同的途徑電紡成納米纖維結(jié)構(gòu)。這些制備方法主要包括采取特定溶劑的純殼聚糖靜電紡絲和常規(guī)溶液中參有成纖劑的殼聚糖混合物電紡絲等。以往研究表明，不論采取哪種殼聚糖納米纖維的電紡絲方法，制備的納米纖維一般都存在耐水性不佳（如在水中容易溶

2、脹或溶解）的問題，影響應(yīng)用時(shí)的纖維形態(tài)。同時(shí)，殼聚糖的濕態(tài)力學(xué)性能較低，難以滿足組織工程對生物材料支架的力學(xué)性能要求。基于這些問題，本研究工作的主要目的是:優(yōu)化CTS紡絲體系，選擇合適的交聯(lián)劑和交聯(lián)方法對電紡CTS納米纖維進(jìn)行交聯(lián)處理，對交聯(lián)后的納米纖維進(jìn)行理化和生物相容性評價(jià)。
　　 采用超高分子量聚氧化乙烯(PEO)作為成纖助劑，本課題首先研究了殼聚糖納米纖維的電紡性問題。研究結(jié)果表明，質(zhì)量比分別為85/15、90/10、9

3、5/5、97/3的CTS/PEO溶液均可電紡形成形貌良好的納米纖維，即使成纖劑PEO已降低到僅為3％的水平。通過元素分析和X-射線光電子能譜(XPS)對樣品表面分析，評價(jià)了制備纖維中殼聚糖和聚氧化乙烯的比例。通過傅立葉轉(zhuǎn)換紅外光譜(FTIR)研究了CTS和PEO在電紡纖維中的分子間相互作用。這些納米纖維膜顯示了一定的纖維形態(tài)的水接觸敏感性，但降低成纖劑PEO的含量至3％明顯利于CTS納米纖維的形態(tài)保持。力學(xué)測試結(jié)果顯示，CTS/PEO質(zhì)

4、量比為95∶5的納米纖維膜的力學(xué)性能較好，強(qiáng)度達(dá)到18.96±1.62 MPa，但濕態(tài)下的性能下降較大，僅為6.39±0.95 MPa。
　　 為了改善CTS納米纖維在濕態(tài)下的特性（如纖維形貌、力學(xué)等），在兼顧生物相容性的前提下，我們選用京尼平作為交聯(lián)劑對殼聚糖納米纖維進(jìn)行交聯(lián)處理，并用傳統(tǒng)交聯(lián)劑—戊二醛作為對照，對交聯(lián)后的納米纖維的理化和生物學(xué)性能進(jìn)行了評價(jià)。結(jié)果表明，采用京尼平和戊二醛交聯(lián)能明顯地改善CTS納米纖維在濕態(tài)下的

5、纖維形貌，且隨著交聯(lián)劑濃度和交聯(lián)時(shí)間的增加，效果更加明顯。FTIR結(jié)果驗(yàn)證了京尼平與殼聚糖之間的化學(xué)交聯(lián)作用。XRD結(jié)果顯示，京尼平交聯(lián)后殼聚糖結(jié)晶度有所增加，這為解釋交聯(lián)后的CTS納米纖維的溶脹度和酶解率下降提供了有力的證據(jù)。交聯(lián)前后的CTS納米纖維在PBS(pH=7.2)中浸泡溶脹72 h后的纖維形貌相差很大。交聯(lián)后的纖維在含溶菌酶的PBS(pH=7.2)中降解3周后的纖維形貌仍能保持完好。通過L929成纖維細(xì)胞在不同京尼平濃度(0

6、.1～1％)交聯(lián)的CTS納米纖維膜支架上的細(xì)胞增殖情況及形貌觀察表明，L929細(xì)胞在交聯(lián)的CTS納米纖維支架上的增殖遠(yuǎn)好于在未交聯(lián)的CTS納米纖維上的結(jié)果。從選用交聯(lián)劑濃度的影響看，發(fā)現(xiàn)0.5％濃度京尼平交聯(lián)后的CTS納米纖維支架上的增殖和生長狀況都優(yōu)于其它京尼平濃度。從長時(shí)間細(xì)胞培養(yǎng)效果來看，用京尼平交聯(lián)CTS納米纖維比用戊二醛交聯(lián)更有利于細(xì)胞的增殖。
　　 基于前面獲得的交聯(lián)方法，我們制備了能仿生天然骨的納米結(jié)構(gòu)的殼聚糖基的

7、羥基磷灰石(HAp)納米復(fù)合材料(HAp/CTS)納米纖維，并用京尼平對其進(jìn)行交聯(lián)，最后以骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(BMSCs)為種子細(xì)胞，從細(xì)胞生物學(xué)水平初步評價(jià)了此仿生材料的生物安全性/生物相容性和成骨性。結(jié)果表明，未交聯(lián)的HAp/CTS復(fù)合納米纖維在濕態(tài)時(shí)也存在耐水性差的問題，但在京尼平交聯(lián)后，形貌保持良好。BMSCs在京尼平交聯(lián)的HAp/CTS仿生復(fù)合納米纖維上能較好的生長和擴(kuò)增，說明此材料有良好的細(xì)胞相容性。通過檢測成骨標(biāo)志蛋白堿性磷