PHBV神经导管的静电纺丝法制备

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周围神经损伤以后的修复、再生和功能恢复一直是神经科学研究的热点,组织工程学的出现为神经损伤的修复提供了一个新的思路。目前,神经导管已经成为修复周围神经损伤的途径之一。如何制备出有利于神经再生、分化和生长的神经导管支架一直是神经组织工程学的难点。静电纺丝技术所制备的电纺纳米纤维支架材料具有孔隙率高、比表面积大等优点,能够从纳米尺度上模仿天然细胞外基质,可作为细胞生长的多孔支架,促进细胞的迁移和增殖。本文利用羟基丁酸-羟基戊酸共聚酯(PHBV)、聚乙二醇(PEG)、聚己内酯(PCL)为支架材料,通过静电纺丝、熔融纺丝、等离子体改性等技术制备三层静电纺丝有序纤维神经导管。其特征在于,由静电纺PHBV/PEG有序亚微米纤维薄膜卷绕而成的内层管、由熔融纺丝制备的PCL单丝编织成的中间层网状导管和由静电纺丝法直接喷射而成的PHBV高比表面积、高孔隙率外层管。通过扫描电镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)、广角X射线衍射(WAXD)、偏振红外光谱、万能试验机等手段对静电纺丝制备的PHBV纤维的形态、纤维排列有序性、结晶性能、取向度、力学性能进行表征;通过SEM、动态力学分析(DMA)、热重分析(TG)、DSC、WAXD、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、偏光显微镜(PLM)等手段对PHBV/PEG纤维的形态、纤维排列有序性、相容性、结晶性能及晶体形态进行表征;通过SEM、万能试验机、接触角仪等测试对神经导管的表面微观形态、力学性能及亲水性进行表征。主要研究结果如下:(1)PHBV可溶于氯仿(CHCl3)/DMF (10//1)混合溶剂中进行静电纺丝,纺丝的最佳工艺参数为:浓度6%,电压12KV,推进速度0.5ml/h。(2)转轴法制备静电纺有序PHBV纤维过程中,随着转轴表面线速度的提高,纤维的排列有序度、晶区取向度及分子链取向度、结晶度以及力学强度增大,10.5m/s时达到最大值,其后又有所降低。转轴表面线速度的提高一方面促进纤维排列有序度的提高,另一方面也会对纤维进行拉伸,使纤维的平均直径减小,取向度进一步提高,晶粒尺寸减小。电纺有序PHBV纤维在拉伸过程中经过屈服点以后没有明显的“细颈”现象,而是随着应变的增大应力逐渐降低直至完全断裂。(3)以氯仿/DMF(10/1)为溶剂,静电纺丝制备PHBV/PEG纤维的最佳纺丝参数为:浓度8%,电压10KV,出样速率为0.8ml/h,接收距离18cm。当PEG的比例小于50wt%时,PHBV/PEG共混物的可纺性都比较好,纺出的纤维表面光滑,直径比较均匀;当PEG增加到70wt%以后,PHBV/PEG溶液仍然能够纺丝,但是纺出的丝断头很多。静电纺丝制备PHBV/PEG有序纤维的最佳转轴表面线速度为9.5m/s,其纤维的排列有序度较纯PHBV稍差。(4)DMA和FTIR分析证明了PHBV与PEG是不相容的。在氮气气氛中,PEG的加入改善了PHBV的热稳定性;在空气气氛中,当PEG得含量超过50wt%时,共混物的热稳定性变差。通过DSC、XRD、POM分析表明在PHBV/PEG共混体系中随着PEG含量的提高,PHBV熔点稍微降低,晶粒变小,结晶温度显著降低;当PEG的含量不超过50wt%时,PHBV的结晶度基本不变,超过50wt%以后其结晶度显著降低。(5)在卷绕PHBV/PEG内管过程中,卷绕层数以5层为佳,每层厚度约为8μm;中间层导管的最佳编织参数为:纤度为32.43tex的PCL单丝,编织锭数为8锭;神经导管外层PHBV纤维膜其表面的纤维排列有序度较低,外层导管的孔隙率较高,为81%左右。水接触角测试结果显示,随着PEG含量的增加,PHBV/PEG内管的亲水性增加;经过等离子改性以后,PHBV外管的亲水性显著增强。
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