羟基磷灰石在丝素纳米纤维阵列中的矿化调控与仿骨材料的构建

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本文用静电纺丝法制备再生柞蚕丝丝素(TSF)和柞蚕丝丝素/壳聚糖(TSF/CS)共混纳米纤维,并利用特殊接收装置获得纳米纤维阵列,从理论上分析了其形貌特征和影响因素;在此基础上利用仿生矿化原理构建了仿骨材料,并对其结构和性能进行了测试与分析。为TSF/CS纳米纤维阵列用于生物医用、骨组织工程材料等提供试验依据。本文以六氟异丙醇(HFIP)为溶剂,制备了静电纺TSF和TSF/CS纳米纤维,并通过改变溶液浓度和接收装置调控其形貌。文中指出在TSF溶液的静电纺丝中,当TSF浓度为4%时,静电纺纳米纤维直径较细但有珠子;浓度大于6%时,溶液粘度增加,纤维直径增加,呈扁平状,分布较宽,但珠子消失。在TSF/CS共混溶液中,TSF/CS的比例为9/1时,纤维最细最均匀。利用二维金属阵列接收装置可以制备取向度较好的阵列型纳米纤维毡,且纤维的直径较小,分布集中。经水蒸汽处理之后,TSF的大分子构象由α螺旋向β折叠转变。其次,利用仿生矿化原理,对柞蚕丝丝素纳米纤维阵列进行了仿生矿化实验,由偏光显微镜、场发射电镜、红外吸收光谱和X衍射等测试证实纤维表面有羟基磷灰石(HAP)晶体沉积,其生长沿纤维轴向规则排列,研究表明TSF大分子上的活性基团可以给HAP晶体的生长提供活性位点,对HAP的生长具有诱导作用。利用自制矿化装置,通过改变实验条件,对矿化率进行了调控和分析。最后,研究了矿化后复合材料的压缩力学性能。研究表明未经矿化的材料抗压性能较差,矿化后复合材料的抗压模量、抗压强度和所能承受的最大载荷都有所提高。矿化率和静电纺纳米纤维的纳米尺度对材料的抗压性能有一定影响。矿化率越高,纳米尺度越小,材料的抗压性越好。
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