● 摘要
骨细胞、神经细胞以及心肌细胞等在体内受到多种因素的影响,如其所处的细胞外基质的结构、电磁场以及生化因素等。已有研究表明,对骨细胞、神经细胞等具备一定取向的细胞,静电纺丝纤维膜的有序结构可以对多种细胞产生形态诱导作用,培养在其上的细胞能够沿着纤维方向进行黏附、生长以及迁移。此外,对骨细胞、神经细胞等对电刺激敏感的细胞,适当的电刺激可以促进其增殖和分化。然而目前用于骨以及神经等工程化组织构建的支架材料往往具备以上单一的一种特性。为了将纤维有序结构以及电刺激两种刺激结合在一起,如何制备一种既导电又具备有序结构的纤维膜变得十分重要。因此,本文的主要实验内容是结合磁性静电纺丝法(磁纺法)和原位化学聚合法,制备聚吡咯包覆的有序聚乙丙交酯(PLGA)纤维膜,作为骨、神经以及心肌细胞体外培养过程中的支架材料。
搭建了传统静电纺丝装置和磁性静电纺丝(磁纺法)装置,用来制备无序以及有序PLGA纳米纤维膜。为了探究磁纺法制备有序纳米纤维的机制,研究了Fe3O4磁性纳米粒子、纺丝电压以及纺丝流速对纤维取向度的影响。为了更好地控制纤维表面沉积的聚吡咯的形态,研究了吡咯单体浓度对聚吡咯合成的影响,并通过SEM观察以及导电率测试的方法对制备的无序导电PLGA纤维纤维膜的性能进行评价,以确定最佳吡咯单体浓度。在此最佳吡咯单体浓度条件下,进行电活性有序PLGA纳米纤维的制备。最后,通过亲水性测量以及MC3T3-E1细胞培养的方法,对实验所制备的材料的生物相容性进行了评价,并探究了纤维取向对细胞行为的影响。
研究结果表明磁纺法是是一种简单有效地制备有序纳米纤维的方法。在合适的流速以及电压范围内,无论纺丝溶液中有无Fe3O4磁性纳米粒子,通过磁纺法均可以获得取向良好的纤维。但是磁性纳米粒子的存在可以在一定程度改善纤维的取向,尤其是在流速以及纺丝电压较高的情况下。无序PLGA导电纳米纤维的微观结构以及表面电阻率测量结果表明随着吡咯单体浓度的升高(从7.2mM到14.4mM),更多的聚吡咯沉积在纤维表面,从而导致纤维平均直径升高,纤维表面电阻导电率下降。但是,进一步提高吡咯单体浓度至21.6mM,会导致聚吡咯以颗粒状态团聚,而不是沉积在纤维表面,对所制备的导电PLGA纤维的纤维直径以及导电性的变化没有产生较大贡献。
细胞培养实验证明取向纤维确实可以对MC3T3-E1细胞产生形态诱导作用,使MC3T3-E1细胞沿着纤维取向延伸,表现出更加狭长的形态。而在无序PLGA纤维以及孔板中培养的细胞随机排列,其形态为MC3T3-E1典型的长梭形。
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