浅析纺丝静电纺丝制备PU/PVDF压电性细胞支架及其运用于创伤愈合领域

论文导读：
摘要：探讨背景及目的创伤敷料可以加速创伤愈合。目前已上市或正在研发的敷料根据材质不同大致可分为传统敷料、天然敷料、合成敷料、药物敷料和组织工程敷料等几大类。这些敷料通过不同的机制发挥作用，包括推动细胞迁移、粘附及增殖，抑制细菌生长，推动吸收，保持创面湿润及防止粘连等。探讨表明电刺激能够推动多种生长因子的表达和分泌，影响细胞的增殖、分化及再生等功能。电刺激在推动骨折修复及神经再生、治疗骨质疏松、慢性溃疡等领域已有运用，但将其运用于创伤敷料的研发尚未见报道。许多早先的探讨表明压电物质可以用于制备具有电刺激效应的生物材料。压电物质分为无机和有机两大类，前者又分为压电晶体(单晶体)和压电陶瓷(多晶体)，分别以石英晶体和钛酸钡陶瓷为代表；后者又称压电聚合物，以聚偏二氟乙烯(PVDF)为代表。压电物质在生物材料领域的运用，最常见的是压电陶瓷运用于骨组织工程。由于压电陶瓷刚性强弹性弱，不适合运用于血管、神经、筋膜等软组织，由此压电聚合物PVDF近年来受到了很多关注。PVDF是一种多晶型聚合物，常见的晶型主要有α、β及γ三种。通常自由基聚合反应合成的PVDF主要由α晶型构成，不显示压电性。α晶型通过机械拉伸或电场极化可以转变为压电性很强的β晶型。有探讨报道，通过静电纺丝可以直接以PVDF溶液得到β晶型的PVDF纤维。静电纺丝综合了电喷雾和传统干法纺丝的特点，是一种通过强电场力对带静电荷的聚合物溶液或熔体进行拉伸，以而得到微米或纳米级超细纤维的加工工艺。静电纺丝在过滤、个体防护、传感器、自清洁、催化载体、光电磁、复合增强等许多领域都有运用，由于静电纺丝制备的纤维支架具有类似天然细胞外基质结构的特点，其相互连通的孔隙有利于细胞长入，高度的表面积体积比扩大了支架与细胞的接触面积，由此静电纺丝支架在组织工程领域也具有广阔的运用前景。有探讨报道，通过静电纺丝制备的聚偏二氟乙烯-三氟乙烯(PVDF-TrFE)支架具有良好的细胞相容性，在组织工程领域有潜在的运用前景，然而该探讨并未涉及压电性对细胞功能的影响。此外，由于PVDF-TrFE氟树脂的力学性能不佳，由此单纯的PVDF-TrFE支架尚不能完全达到创伤敷料的要求。为改善现有探讨的不足，本课题拟制备一种可运用于创伤愈合领域的压电性静电纺丝细胞支架，先通过压电系数测定及晶型表征验证支架的压电性，进而通过体内外实验浅析探讨支架的压电性对成纤维细胞功能的影响。探讨策略1、以PU作为改善支架力学性能的成分与PVDF混合，通过静电纺丝制备不同比例成分的PU/PVDF支架。2、用电子万能试验机测量支架的抗拉强度及断裂伸长率，薄膜压电系数测试仪测量支架的压电系数，选择力学性能和压电性能都较好的一种比例成分的PU/PVDF支架进行后续实验。用扫描电子显微镜观察支架的微观形态，进而测量支架的纤维直径及孔径。通过X射线衍射(XRD)、差示扫描量热(DSC)和傅里叶转换红外光谱(FTIR)浅析等策略探讨静电纺丝前后PVDF的晶型变化。3、在支架上培养NIH3T3细胞，通过激光共聚焦显微镜和扫描电子显微镜观察支架表面的细胞形态，通过CCK-8检测比较支架与组织培养聚苯乙烯(即普通细胞培养板或培养瓶的构成材料)的细胞相容性。4、将支架粘贴在BioFlex Culture Plate孔底的硅胶弹性膜上，利用FX-4000T体外培养细胞加力系统使支架发生形变，以而激发压电性。通过划痕实验、粘附实验、定量PCR和Western blot等策略，探讨支架的压电性对迁移、粘附及分泌细胞外基质等成纤维细胞主要功能的影响。5、将支架植入SD大鼠皮下以验证支架的生物相容性，通过扫描电子显微镜、切片HE染色、激光共聚焦显微镜、流式细胞学检测和力学性能测试等策略，探讨支架的压电性对体内成纤维细胞的刺激作用。实验结果1、获得理想形态纤维的静电纺丝最佳参数为流速0.8ml/h、电压15kV、接收距离20cm。选择PU/PVDF (1:1)支架进行后续实验，该支架的纤维直径和孔径分别为1.41±0.32μm、11.47±1.14μm。X射线衍射、差示扫描量热和红外光谱浅析的结果表明，经过静电纺丝加工，PVDF粉末中的α晶型PVDF已基本上转变为PU/PVDF支架中的β晶型PVDF。2、激光共聚焦显微镜和扫描电子显微镜观察的结果显示，NIH3T3细胞能在PU/PVDF支架上正常生长和增殖。CCK-8检测的结果表明，PU/PVDF支架的细胞相容性与组织培养聚苯乙烯相当，NIH3T3细胞能在支架上正常增殖。3、划痕实验、粘附实验、定量PCR和Western blot的结果显示，实验组(压电激发的PU/PVDF支架)细胞层的迁移、粘附及分泌细胞外基质等功能均高于两个对照组(压电激发的PU支架和非压电激发的PU/PVDF支架)，确认了使成纤维细胞功能增强的因素是PU/PVDF支架的压电性而非支架本身的化学成分或压电激发的处理历程。压电激发的PU/PVDF支架由于产生了电刺激效应，因而增强了支架细胞层的功能。4、扫描电子显微镜、切片HE染色和激光共聚焦显微镜观察的结果显示，颅顶部皮下植入(很少发生形变)的PU/PVDF支架表面细胞的活跃程度与PU支架相当，而背部及腹部皮下植入(经常发生形变)的PU/PVDF支架表面细胞的活跃程度均较PU支架高，确认了使体内成纤维细胞活跃程度增强的因素是PU/PVDF支架的压电性而非支架本身的化学成分或支架的植入部位。植入背部及腹部皮下的PU/PVDF支架会随大鼠的自主活动经常发生形变，以而产生对支架表面细胞(主要是成纤维细胞)有刺激作用的压电效应，进而增强细胞的活跃程度。力学性能测试的结果显示，背部及腹部皮下植入的PU/PVDF支架的细胞复合程度较PU支架高，也说明了PU/PVDF支架对细胞有刺激作用，提升了支架的细胞复合程度。结论1、本课题通过静电纺丝制备了不同比例成分的PU/PVDF支架，其中以PU/PVDF(1:1)支架的力学性能和压电性能均适中。该支架在保证压电性能的同时，其力学性能也能达到创伤敷料的要求论文导读：物医药领域的探讨进展67-79参考文献73-79攻读博士学位期间发表的论文79-80附件80-88上一页12
。2、对PU/PVDF支架的微观形态进行了观察，测量了支架的纤维直径及孔径。通过晶型表征证实了支架中的PVDF主要由压电性的β晶型构成。3、通过体外细胞实验验证了PU/PVDF支架的细胞相容性，证实了支架的压电性能够增强成纤维细胞的迁移、粘附及分泌等功能。4、通过大鼠皮下植入验证了PU/PVDF支架的生物相容性，证实了支架的压电性对体内成纤维细胞的刺激作用。5、本课题制备的PU/PVDF压电性细胞支架可作为一种能加速创面愈合且成本低廉的新型创伤敷料，在创伤愈合领域具有良好的运用前景。关键词：静电纺丝论文聚合物论文压电性论文支架论文创伤愈合论文成纤维细胞论文
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Abstract8-12
摘要12-16
前言16-21
参考文献18-21
第一部分 PU/PVDF 支架的制备21-25
材料、仪器设备与策略21-22
结果22-23
讨论23-24
参考文献24-25
第二部分 PU/PVDF 支架的表征25-33
材料、仪器设备与策略25-26
结果26-30
讨论30-31
参考文献31-33
第三部分 PU/PVDF 支架的细胞相容性33-40
材料(试剂)、仪器设备与策略33-35
结果35-38
讨论38-39
参考文献39-40
第四部分 PU/PVDF 支架的压电性对体外培养成纤维细胞功能的影响材料40-52
材料(试剂)、仪器设备与策略40-45
结果45-49
讨论49-50
参考文献50-52
第五部分 PU/PVDF 支架的生物相容性及其压电性对体内成纤维细胞的刺激作用52-65
材料(试剂)、仪器设备与策略52-58
结果58-63
讨论63-65
全文结论65-66
致谢66-67
文献综述 静电纺丝技术及其在生物医药领域的探讨进展67-79
参考文献73-79
攻读博士学位期间发表的论文79-80
附件80-88