改性L-聚乳酸的静电纺丝及其纤维膜的结构与性能-高分子化学与物理专业论文.docx

I I 摘 要 组织工程支架材料是当前的热点研究方向，尤其是采用静电纺丝技术制备的纤维 膜在组织工程领域得到广泛的应用。本学位论文以可生物降解的L-聚乳酸(PLLA)为研 究对象，采用共聚、共混、复合的方法对PLLA进行改性，研究其静电纺丝工艺及其 纤维膜的结构与性能，并在纤维膜表面进行硫酸软骨素、壳聚糖的静电自组装以提高 纤维膜的亲水性、扩大其在生物医学等领域的应用。论文的研究内容和主要结果如下： (1) 通过偶联反应，以羟基封端的 L-聚乳酸(PLLA-diols)为硬段、聚己内酯(PCL) 或聚乙二醇(PEG)为软段合成了 PLLA-b-PCL、 PLLA-b-PEG 嵌段共聚物，采用静电 纺丝技术制备了共聚物纤维膜。研究了共聚组分对 PLLA 结晶性能、电纺纤维的形貌、 纤维膜力学性能的影响。结果表明在共聚物中结晶相主要是 PLLA 相，且共聚物中 PLLA 的结晶度随着 PLLA 含量增加而增加；共聚物电纺纤维的直径随着 PCL、PEG 组分含量的增加及溶液浓度的降低而减小；在保持较高强度和杨氏模量的同时，PCL 和 PEG 提高了共聚物纤维膜的断裂伸长率。 (2) 采用溶液静电纺丝工艺制备了 PLLA/PCL 共混物纤维膜，考察了影响纤维形 貌的因素，研究了纤维膜的孔隙率、结晶性、力学性能和生物相容性。在 PLLA/PCL 质量比 1/1、溶液浓度为 10wt%、电压为 20kV、接收距离为 15cm 的条件下得到最佳 形貌的纤维；随着 PCL 含量增加，共混纤维膜的模量和拉伸强度逐渐降低、而断裂伸 长率增加，高的孔隙率和良好的力学性能使其具备成为组织工程支架的条件。倒置相 差显微镜(IPCM)和 SEM 结果表明脂肪源干细胞(ADSCs)在 PLLA/PCL 纤维膜支架上 生长的数量随着种植时间的增加而增加，形成沿着支架三维网络方向生长的结构。 MTT 实验结果证明共混纤维膜支架有利于 ADSCs 的粘附和生长，且 ADSCs 在支架 上分别向成骨细胞和脂肪细胞诱导分化成功，进一步说明 PLLA/PCL 纤维膜支架可以 在组织工程中替代原生 ECM。 (3) 采用静电纺丝工艺制备了高度取向的 PLLA/PCL/F-MWNT 复合纤维膜。研究 了 F-MWNT 对纤维的形貌、孔隙率、热稳定性、结晶性、降解速率、力学性能和生 II II 物相容性的影响。结果表明 F-MWNTs 在纤维中沿着轴向分布，随着 F-MWNTs 含量 增加，电纺纤维直径由于电纺溶液的电导率增加而变得更细；F-MWNTs 显著提高了 复合纤维膜的热稳定性和降解速率。虽然在电纺过程中，F-MWNTs 妨碍了 PLLA/PCL 的结晶，但在冷结晶过程中，F-MWNTs 起到晶核的作用促进 PLLA 相的结晶。1.25wt% 含量的 F-MWNTs 对取向复合纤维同时起到增强增韧的作用。 MTT 实验证明 PLLA/PCL/F-MWNT 复合纤维膜支架有利于 ADSCs 的粘附，具有良好的细胞相容性。 (4) 采用静电自组装技术在 PLLA/PCL、PLLA/PCL/F-MWNT 复合纤维膜表面组 装硫酸软骨素(CS)/壳聚糖(CHS)复合膜。研究纤维膜表面修饰前后的形貌、结构和亲 水性能。实验结果证实 1,6-己二胺与 PLLA 发生胺化反应，且 CS 和 CHS 通过静电作 用力吸附到纤维膜表面。随着 CS/CHS 组装层数的增加，纤维膜表面的亲水性也逐步 得到改善。 关键词：左旋聚乳酸，聚己内酯，碳纳米管，电纺纤维膜，硫酸软骨素，壳聚糖， 脂肪源干细胞 PAGE PAGE IV ABSTRACT Tissue engineering scaffolds material is the current research hotspot, especially the electrospun fibrous membranes are expected to have wide applications in tissue engineering field. In this dissertation, the biodegradable poly(L-lactide) (PLLA)was used as the research object, and it was modified with copolymerization, blending and composite. The electrospinning process, the structure and properties of the fibrous membranes were investigated. In order to improve the hydrop