结构可控的生物活性电纺丝材料制备及其在肌肉/皮肤组织修复中的应用

来源 :中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所) | 被引量 : 0次 | 上传用户:sophia_hou
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
天然软组织(如肌肉/皮肤)的独特性能与其多级复杂结构及组成密不可分,因应天然组织的结构、组分及其损伤修复过程,开发具有优良性能的组织工程材料具有重大意义。静电纺丝材料因其组分和微观、介观、宏观等不同维度上的结构及组分可调控,表现有不同的理化性能及生物学性能,因而可以满足不同组织的修复需求而被作为组织工程材料得到广泛研究关注。然而电纺丝材料用于具有多级结构的肌肉修复中,微观尺度上电纺丝纤维的直径、取向度等精细结构影响其生物学表现尚不明确。此外,创伤修复中血管具有重要作用,为了提高电纺丝材料的成血管生物活性,虽有文献将生物活性无机颗粒与电纺丝材料复合在一定程度上实现了促进皮肤创伤修复的效果,但是生物活性离子有效浓度较窄,能否实现精确调控生物活性离子的释放行为,有效提升生物活性复合电纺丝材料的修复效果成为一大挑战。再者,对于难愈合创面的修复过程中除了需要解决成血管性能不足的问题外,还需要应对创面大量渗液等问题,因此,实现复合电纺丝材料的多功能性将对难愈合创面的修复具有重要意义。因此,本论文从调控电纺丝不同维度上的结构及组成出发,首先在微观尺度上通过改变电纺参数实现了对电纺丝纤维直径和取向度的精细结构调控,探究了微观结构调控对成肌细胞的生物学影响;进一步,在介观尺度上通过调节电纺丝纤维的孔径及生物活性颗粒的分布位置,探究了介观结构调控对离子精确释放行为的影响及其产生的生物学作用;最后,在宏观尺度上通过构建阵列微孔结构修饰的Janus电纺丝膜,探究了具有宏观阵列微孔结构的Janus膜的可控双向液体传输性能,基于Janus电纺丝膜特性,结合生物活性玻璃和超吸水材料,进一步设计了复合创伤敷料,研究了电纺丝宏观结构调控对材料大量吸液及生物活性离子可控回流等多功能性的影响及其在创伤修复中的作用。全文的具体研究内容和结论包含以下三部分:(1)探究微观尺度上单根脱细胞基质电纺纤维的直径、取向度等精细结构调控对于肌肉细胞的增殖及形态的影响。首先,对比两种猪骨骼肌肉脱细胞基质的方法,优选了具有高蛋白、低细胞残留的脱细胞基质作为电纺丝的原料。通过改变PCL电纺丝中脱细胞基质的比例及电纺丝的浓度等参数,比较了前述影响因素对电纺丝直径的影响,结果发现,脱细胞基质在PCL电纺丝中的加入比例对其直径影响较小,而通过对电纺丝溶液浓度的调控可以使得电纺丝直径从124nm梯度可控的变化至717 nm;此外,通过调节接收基底的转速分别获得了无序和定向结构的电纺丝纤维。通过将C2C12成肌细胞接种到电纺丝支架表面,发现定向结构对于C2C12细胞的细胞活力具有显著促进作用,471 nm的直径的纤维对于C2C12促增殖作用最明显,但直径变化对于细胞的增殖影响无显著性差异;此外,通过进一步细胞形态观察,结果表明C2C12在定向电纺丝上可以形成定向细胞束。(2)探究介观尺度上电纺丝纤维孔径及无机颗粒分布位置的调控对于材料离子精确释放及其生物学性能的影响。通过调节电纺丝参数实现了对电纺丝孔径的调控,孔径可从0.68μm梯度变化至50.46μm;与静电喷雾技术进行组合使用,制备了硅酸钙分布于纤维膜表面、分布于纤维膜“夹心层”、均匀镶嵌于支架内、被包裹于单根纤维内部等分布位置的复合电纺丝材料。通过研究复合电纺丝的离子释放行为发现小孔径结构及硅酸钙颗粒被镶嵌、包裹结构的电纺丝具有离子缓释作用,细胞增殖实验验证了具有硅酸盐活性离子缓释作用的复合电纺丝支架能更有效的促进内皮细胞的增殖。(3)探究宏观尺度上具有微孔阵列结构Janus电纺丝纤维膜大量吸液及可控活性离子回流等多功能性及其在糖尿病创面修复中的作用。该研究中构建了由疏水层电纺丝、亲水层电纺丝、生物玻璃层、超吸水层四层结构的复合敷料。其中,疏水与亲水两层电纺丝膜通过热压构建了宏观尺度上的Janus膜,实现了单向液体输运的功能;将Janus薄膜与超吸水颗粒复合,使复合敷料具有超吸水性能,吸水能力可达到自重的8.17倍;进一步通过在Janus膜上构建具有不同孔径、孔密度的宏观微孔阵列结构使生物玻璃释放的活性离子可控回流,在孔间距为3 mm、孔径为0.35 mm的微孔可以使离子回流最快速,而相比之下无阵列微孔结构的Janus膜敷料则几乎无离子发生回流。小鼠糖尿病创面模型验证了具有宏观微孔阵列结构的复合电纺丝敷料可以有效缓解伤口水肿、促进创面血管生成并加速创面愈合。综上所述,本文在微观、介观、宏观不同尺度上调控电纺丝材料的结构及组成,实现了电纺丝材料的精细结构调控、生物活性离子释放的精细控制、吸液与离子控释的多功能性,因此有望将这些电纺丝材料应用于肌肉/皮肤组织工程中。
其他文献
水稻(Oryza sativa L.)是全球一半以上人口的主要食物来源,保证水稻产量对于确保国家粮食安全具有重大意义。在水稻生产过程中,病虫害严重损害水稻的生长发育,是制约水稻产量的重要因素。水稻条纹叶枯病是水稻生产中的重要病害,它由水稻条纹病毒(rice stripe virus,RSV)侵染水稻引起,对我国水稻生产造成严重威胁。利用广谱抗性(broad-spectrum resistance,
紫锂辉石(kunzite)属于锂辉石(spodumene)的粉色品种,深受宝石爱好者喜爱。因其在常光下呈粉色,经γ射线、阴极射线等高能源辐照后变成绿色的现象,使之成为物理学者和矿物学者的研究热点。紫锂辉石是有色锂辉石中最具吸引力的种类之一,它的色彩范围从浅粉色到淡紫色,有的颜色很浅,而有些则深到需要在强光照射下才能分辨其真正的色调。大部分紫锂辉石颜色很浅导致珠宝级的紫锂辉石相对稀少;因此,亟需优化
作为遗传信息载体的脱氧核糖核酸(DNA)是细胞中重要的大分子,其复制过程会影响细胞的生长和分裂。在细胞中DNA的复制主要由DNA聚合酶完成,而为了保证遗传的稳定性,这些聚合酶通常具有很高的保真度。外切校正功能可以显著的提高聚合酶保真度,另一方面过度的外切也会影响聚合的效率。因此对聚合酶外切功能的研究一直是生物物理领域的重点。在真核细胞中DNA被缠绕在组蛋白上形成了核小体,这些缠绕的DNA必须要从组
滑坡灾害是自然界中仅次于地震和火山的第三大地质灾害,也是受人类工程活动影响最为直接的地质灾害。中国滑坡灾害的活动强度、暴发规模、经济损失和人员伤亡等方面的数据均居世界前列,开展滑坡灾害防治,减少灾害损失是一项必要的工作。滑坡监测预警作为滑坡灾害防治的重要手段,能够以最小的代价取得最大防治效益,近些年来逐渐成为国内外滑坡防治领域的研究热点。随着技术的发展,滑坡监测预警已经进入物联网时代,基于物联网的
在工业更新的大背景下,针对单个产权地块评判工业用地的使用效率,明确需更新用地的轻重缓急,显得尤为重要。但是目前微观视角下进行的工业用地集约利用评价研究并不深入,评价内容、尺度不够全面。本文以苏州工业园区为例,以独立占地的工业产权地块为研究对象,借鉴前人的评价方法,选取合适的评价指标,构建更为合理的评价体系和评价标准,为工业用地集约利用评价和工业更新提供了一个新的思路。
学位
学位
多组元高熵合金打破了传统合金的设计理念,具有高强度、高塑性、良好的热稳定性及耐蚀性能等优点。其中,等原子比Co Cr Fe Mn Ni高熵合金,在极寒环境下具有高强度和优异的塑韧性,成为最具潜力的超低温材料之一。实际应用中,除了要求高熵合金具有良好的力学性能,还往往需要具有良好的耐蚀性能。然而,铸造、机械合金化及粉末冶金等传统工艺制备的高熵合金,通常存在形状和尺寸受限、晶粒较粗大、成分偏析等问题,
为了解植物种子萌发适应干旱环境的基本特性,以河西走廊人工梭梭林中重要值较大的梭梭(Haloxylon ammodendron)、红砂(Reaumuriasoongarica)、多枝柽柳(Tamarixramosissima)、雾冰藜(Bassiadasyphylla)、沙蓬(Agriophyllum squarrosum)、刺沙篷(Salsola ruthenica)、蒙古虫实(Corisperm
学位