【摘 要】
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人工心脏瓣膜和角膜已成为组织工程领域的研究热点。目前,临床上治疗心脏瓣膜疾病的主要手段为人工心脏瓣膜置换术。但是所使用的机械瓣往往存在易引起血栓病发症以及生物瓣易钙化的问题;另一方面,对于具有高发病率的角膜的治疗,人工角膜往往会伴有透光率下降、生物相容性差、保水率低和供体不足等缺陷。因此,如何缓解瓣膜材料的易钙化、易形成血栓以及改善角膜材料透光率、保水率、生物相容性等问题也成为相关领域亟待解决的重
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人工心脏瓣膜和角膜已成为组织工程领域的研究热点。目前,临床上治疗心脏瓣膜疾病的主要手段为人工心脏瓣膜置换术。但是所使用的机械瓣往往存在易引起血栓病发症以及生物瓣易钙化的问题;另一方面,对于具有高发病率的角膜的治疗,人工角膜往往会伴有透光率下降、生物相容性差、保水率低和供体不足等缺陷。因此,如何缓解瓣膜材料的易钙化、易形成血栓以及改善角膜材料透光率、保水率、生物相容性等问题也成为相关领域亟待解决的重要问题。因其十分良好的生物相容性、高化学纯度、优异的持水性、良好的力学性能、超精细的三维网络结构以及它来源广泛且廉价的特性,细菌纤维素(BC)成为了热门且新型的生物医用材料被广泛应用。除此之外,BC所具备的抗钙化特性和高透明度,可作为潜在的人工心脏瓣膜材料或眼角膜支架材料。然而,与天然的心脏瓣膜和眼角膜相比,BC的力学性能和保水率等性能还有待进一步提高。因此,本文旨在对BC进行复合改性,构建具有良好力学性能、仿生抗钙化和抗凝血的人工心脏瓣膜材料以及具有高透光率、高保水率、生物相容性优异的人工眼角膜支架材料。(1)基于上述目的,本文首先采用膜液界面培养法和静电纺丝法制备了细菌纤维素/聚偏氟乙烯(BC/PVDF)新型仿生抗钙化生物瓣膜材料,并通过扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、双向拉伸实验、体内外抗钙化实验、细胞共培养和血液相容性等方法来研究材料的三维几何结构、化学结构、力学性能、抗钙化能力、生物相容性和血液相容性。SEM和AFM照片显示材料纤维由微米纤维和纳米纤维所构成,其力学性能抗拉强度可达到4.93±0.15 MPa,并且材料拥有着良好的抗凝血能力,其在体外短期抗钙化能力强。动物体内实验结果表明,复合材料BC/PVDF的抗钙化能力甚至超过了已经普遍应用于生物瓣膜的牛心包材料。因此,BC/PVDF心脏瓣膜材料因其较好的仿生结构、力学性能、抗钙化性能和血液相容性有望用于人工心脏瓣膜。(2)此外,采用碳二亚胺/N-羟基琥珀酰亚胺(EDC/NHS)交联的方法制备了透明度高、生物相容性良好和力学性能优异的硫酸软骨素/明胶-细菌纤维素(CS/GEL-BC)眼角膜材料,通过SEM、FT-IR、XRD对材料结构进行表征,并研究通过透光率测试、保水率测试、双向拉伸实验和细胞共培养实验来评价材料性能。实验结果表明这两种材料有望应用于人工心脏瓣膜材料和人工眼角膜材料,研究结果表明,其透光率在可见光波长为700 nm处达到了90%,高于纯BC,且保水率也相较于纯BC有明显提高。采用角膜上皮细胞进行的各项实验表明,复合材料CS/GEL-BC相对于纯BC而言有着更好的细胞相容性,可促进角膜细胞的铺展和增殖,利于细胞黏附,有望用于人工眼角膜组织工程对损坏的眼角膜进行修复和替换。综上所述,本文以BC为基础,通过静电纺丝法与膜液界面培养法相结合、交联法分别构建了人工心脏瓣膜材料和人工眼角膜材料。该两种材料具备优异的各项性能,有望缓解心脏瓣膜材料和角膜材料研发领域的问题,如心脏瓣膜材料易钙化、易凝血和角膜材料透光率难以长期保持、力学性能差、生物相容性不佳等问题,为组织工程人工心脏瓣膜领域和人工眼角膜领域的研究提供了重要的实验基础。
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