【摘 要】
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近年来随着多学科的交叉发展,纳米技术与传统纺织技术相结合衍生而出的新型纳米纤维纺织品在组织工程以及再生医学领域内获得了极大的关注度。从传统纺织技术角度出发,由纤维构成的纱线是编结、机织、针织等纺织品的基本加工单元,因而实现纱线中纤维的纳米化,可有效拓展纳米纤维在生物医用纺织品中的应用。尽管目前国内外学者针对纳米纤维成纱技术开展了大量的研究工作,但是如何提高纳米纤维纱线的取向度、结晶度、力学性能以及
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近年来随着多学科的交叉发展,纳米技术与传统纺织技术相结合衍生而出的新型纳米纤维纺织品在组织工程以及再生医学领域内获得了极大的关注度。从传统纺织技术角度出发,由纤维构成的纱线是编结、机织、针织等纺织品的基本加工单元,因而实现纱线中纤维的纳米化,可有效拓展纳米纤维在生物医用纺织品中的应用。尽管目前国内外学者针对纳米纤维成纱技术开展了大量的研究工作,但是如何提高纳米纤维纱线的取向度、结晶度、力学性能以及生物活性等是亟待解决的问题。本文采用自主研发的静电纺纳米纤维成纱技术结合热牵伸工艺,以丝素蛋白(SF)和聚左旋乳酸(PLLA)为原料制备SF/PLLA纳米纤维纱线,通过优化纱线的组分和结构以达到提高纱线取向度、结晶度、机械性能以及生物活性的目的,通过调控纳米纤维纱线的纺织织造成型能力以达到仿生原生肌腱组织的目的,最后采用优化加工的SF/PLLA纳米纤维纱线机织物作为新型肌腱补片材料以实现大尺度肌腱组织损伤修复和重建的目的。首先,以PLLA为成纤聚合物,通过自主研发的静电纺纳米纤维成纱联合热牵伸工艺加工了一系列纳米纤维纱线,探索了不同热牵伸倍数对纱线结构以及性能的影响。结果表明,经热牵伸处理后,纳米纤维纱线的取向度、结晶度、力学性能均显著增强,采用热牵伸后的PLLA纳米纤维纱线培养人脂肪源间充质干细胞(HADMSCs),能显著促进细胞的粘附、取向生长、增殖以及向肌腱细胞表型分化。例如,相较于未热牵伸的PLLA纳米纤维纱线,热牵伸3倍的PLLA纳米纤维纱线的取向度提高了51%,断裂强度提高了543%,杨氏模量提高了932%,细胞培养过程中HADMSCs的取向度提高了43%,细胞表达的肌腱细胞表型相关的标志性m RNA,如SCX,TNC,COL1,COL3和TNMD等,均显著提高。然后,采用共混改性的方式,在PLLA中添加了自主提取的天然聚合物SF,利用上述的成纱联合热牵伸装置制备了质量比为0:100、20:80、35:65、50:50等4种不同质量比的SF/PLLA纳米纤维纱线,主要探索了SF含量对纳米纤维纱线结构和性能的影响。结果表明,随着SF含量增加,纱线中纳米纤维的直径逐渐减小,纱线的力学性能逐渐减弱,但降解能力增强,并且细胞相容性也明显提高。相较于0:100纳米纤维纱线,20:80、35:65、50:50纱线的纳米纤维直径分别减少了20%、21%、32%;断裂强力分别减少了19%、51%、60%。但35:65、50:50纱线中纳米纤维在降解第三周便出现了断裂现象,且随着SF含量增加,降解能力增强;同时,高含量SF纳米纤维纱线更有利于促进细胞的粘附与增殖并可以显著降低皮下包埋实验中大鼠的炎症反应。最后,采用优化后的PLLA纳米纤维纱线、SF/PLLA纳米纤维纱线加工了具备纺织机织结构的肌腱补片,并与商用PLLA微米纤维纱线加工的肌腱补片做了性能对比研究,探索了不同肌腱补片对大鼠跟腱大尺度损伤模型的修复能力。术后6个月,相较于PLLA微米纤维纱线肌腱补片组,H&E染色结果表明,PLLA以及SF/PLLA纳米纤维纱线肌腱补片组再生的肌腱组织排列紧密且取向度高;免疫组化染色结果表明,PLLA以及SF/PLLA纳米纤维纱线肌腱补片组再生的肌腱组织具有更高的COL1、COL3和TNMD含量;透射电子显微镜观察表明,PLLA和SF/PLLA纳米纤维纱线肌腱补片组再生的肌腱组织的修复效果更好,且添加SF的纳米纤维纱线肌腱补片组再生的肌腱组织此时已经基本成熟,所形成的胶原纤维直径为101.96±19.84μm,再生组织的断裂强度为23.11±2.35 N/mm,与原生肌腱组织的断裂强度21.17±2.08 N/mm相当。
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