靜電紡聚合物超細纖維的特性及生物醫(yī)用功能化研究.pdf

1、電紡絲是一種使帶電荷的聚合物溶液或熔體在靜電場中射流來制備聚合物超細纖維的加工方法，纖維直徑可控制在幾個納米到數(shù)十微米之間，在增強復合材料、過濾系統(tǒng)、光學和電學器件及生物醫(yī)藥等方面都顯示出巨大的應用潛力。由于電紡絲過程的復雜性和實驗參數(shù)的多樣性，制備出形貌優(yōu)良、直徑可調(diào)、結(jié)構(gòu)可控的纖維一直是電紡絲技術(shù)的難點之一。電紡絲超細纖維作為組織修復、藥物載體和復合材料基質(zhì)等方面，顯示出獨特的優(yōu)勢，但有大量基礎(chǔ)的問題需要解決。據(jù)此，本論文以可生物降

2、解聚合物為基質(zhì)材料，從靜電紡絲技術(shù)出發(fā)，開展靜電紡絲體系參數(shù)、電紡纖維膜降解性能和表面潤濕性能的基礎(chǔ)研究，進而通過原位生成法、生物大分子接枝誘導法和基團接枝誘導法構(gòu)建有機/無機復合纖維膜，并開展電紡纖維膜作為藥物控釋載體、組織工程支架等方面的研究。 首次運用經(jīng)典的正交實驗法考察了電紡工藝參數(shù)對纖維直徑和珠狀物百分比影響的主次因素，結(jié)果表明溶液濃度和聚合物分子量對纖維直徑影響顯著，溶液濃度、聚合物分子量和溶劑體系對珠狀物百分比有顯

3、著影響；通過回歸方程分析建立了溶液濃度和聚合物分子量對纖維直徑和珠狀物百分比之間的定量關(guān)系。據(jù)此，驗證實驗顯示了計算值與實驗結(jié)果有較好的一致性。 系統(tǒng)研究了電紡纖維的表面形貌和化學組成對纖維膜的表面潤濕性和聚合物纖維的降解行為的影響。研究發(fā)現(xiàn)，纖維膜表面珠狀物含量增加、尺寸減小、纖維直徑減小、纖維膜孑L徑減小和纖維表面多孔增加等因素，可以增強纖維膜表面的疏水性；靜電紡絲過程導致聚合物中低結(jié)合能的化學基團富集于纖維表面，在與纖維膜

4、多孔結(jié)構(gòu)的共同作用下，聚乳酸(PDLLA)和聚乳酸—聚乙二醇共聚物(PELA)纖維膜表面疏水，體外降解結(jié)果表明電紡PDLLA纖維膜降解為表面溶蝕機制。 采用共混法制備聚乙二醇(PEG)和PDLLA復合電紡纖維膜，系統(tǒng)表征纖維膜的潤濕性、尺寸穩(wěn)定性、降解性和力學性能。結(jié)果表明，隨著PEG含量增加，纖維膜表面親水性增強，拉伸強度、楊氏模量和伸長率均逐漸減小，纖維膜中PDLLA降解逐漸由表面溶蝕轉(zhuǎn)變?yōu)楸倔w降解；共混纖維膜中存在結(jié)晶性P

5、EG，使得纖維膜的收縮性顯著減??；PEG含量為20和30％纖維膜具有適度的親水性和較好的尺寸穩(wěn)定性，纖維膜上細胞增殖較高，且由表面向內(nèi)層生長，有望作為皮膚組織工程支架。 采用共混法制備攜載對乙酰氨基酚的PDLLA電紡纖維膜，系統(tǒng)研究載藥電紡纖維的藥物釋放機制、熱力學性質(zhì)和降解行為。結(jié)果表明載藥纖維膜在釋放過程中初期藥物突釋明顯，隨著纖維直徑增大、藥物含量降低，藥物突釋量減小，藥物釋放速度減緩。釋放模式更符合Weibull模型，表

6、現(xiàn)出初期的藥物擴散和后期的骨架溶蝕釋放。載藥聚乳酸電紡纖維膜均表現(xiàn)出疏水特性，體外降解表現(xiàn)為表面溶蝕型降解模式。 為解決無機物在聚合物中分散和團聚問題，以含有硝酸鈣的聚乳酸電紡纖維為模板，通過浸泡磷酸鹽溶液，可以在聚乳酸纖維表面原位生成無定形羥基磷灰石，獲得復合纖維膜。系統(tǒng)考察HA生長過程中，浸泡時間、浸泡溫度和浸泡液的pH值對HA結(jié)晶性、生成量和聚乳酸降解的影響規(guī)律，獲得了優(yōu)化的浸泡條件。與共混電紡纖維膜相比，采用原位生成法制

7、備復合材料具有更高的力學性能，可以顯著促進細胞在纖維膜上的黏附鋪展、增殖和分化。 進一步地，利用生物大分子誘導礦化的機制，通過明膠接枝PDLLA電紡纖維誘導HA在纖維表面成核和生長。結(jié)果表明，通過接枝明膠量可以控制HA的生成量和晶粒尺寸，增加明膠接枝量可以細化誘導形成HA的晶粒尺寸；建立了纖維表面氨基和明膠接枝量與胺解時間的定量關(guān)系，并建立了HA在纖維表面生成量與誘導礦化時間的定量關(guān)系。誘導礦化的復合纖維膜具有較高的拉伸強度和楊

8、氏模量，可以顯著促進細胞在纖維膜上的鋪展、增殖和分化。 進一步地，制備表面帶功能基團的電紡纖維膜，研究功能基團的種類、含量及組合等對HA成核和生長的影響機制。結(jié)果表明，表面帶羧基的電紡纖維膜對HA誘導性能較好；在基團組合中，羧基、氨基和羥基基團組合與羧基和羥基組合的纖維膜對HA的誘導性能較好；表面羥基和羧基含量比為3/7、表面氨基、羥基和羧基含量比2/3/5時HA誘導性能較好，生成HA的晶粒較小、含量較多，纖維膜的力學強度較高。

9、羧基通過靜電相互作用結(jié)合溶液中鈣離子，羥基通過調(diào)節(jié)羧基密度優(yōu)化晶粒尺寸，羧基、羥基和氨基通過結(jié)合溶液中鈣離子形成螯合環(huán)加速晶體的形成和生長。誘導礦化的復合纖維膜可以顯著促進細胞在纖維膜上的鋪展、增殖和分化。 綜上所述，本論文通過系統(tǒng)的實驗研究和理論分析，解決了調(diào)節(jié)電紡絲過程參數(shù)控制纖維膜形貌的基礎(chǔ)問題，解釋了造成電紡纖維膜表面特異性降解和潤濕性的機理，探討了載藥纖維膜中的纖維直徑和藥物含量對藥物釋放的影響原因，構(gòu)建了可調(diào)表面潤濕