摘要
本文首先通过共混静电纺丝方法制备出了玉米醇溶蛋白/聚己内酯(zein/PCL)共混复合纳米纤维膜,然后通过同轴静电纺丝方法制备出了玉米醇溶蛋白-聚己内酯(zein-PCL)皮-芯结构同轴复合纳米纤维膜,形貌结构研究表明,随着复合纳米纤维中聚己内酯相对含量的增加,复合纳米纤维的直径逐渐增大,结晶逐渐变好,但复合纳米纤维中两组分之间始终处于相分离状态,没有发生化学键合作用。力学性能测试表明,随着静电纺玉米醇溶蛋白/聚己内酯复合纳米纤维中PCL含量的增加,复合纳米纤维膜的拉伸破坏应力逐渐增加,且断裂伸长率和杨氏模量也随之逐渐增大,复合纳米纤维膜的韧性逐渐变好,力学性能得到明显改善。细胞培养结果表明,L929细胞在静电纺zein/PCL纳米纤维支架和静电纺zein-PCL纳米纤维支架上均能够很好地黏附增殖。 在等量的两种纤维膜中,30/70的共混复合纤维膜和内外层流率分别为0.01 ml/min、0.008 ml/min的同轴复合纤维膜中两种基体物质的相对含量相同,通过横向对比可知,共混静电纺zein/PCL复合纤维的平均直径较小,纤维膜略软而韧,而同轴静电纺zein-PCL皮-芯结构复合纤维支架的抗拉伸破坏应力更大,且L929细胞培养表明,同轴静电纺zein-PCL皮-芯结构复合纤维支架具有更好的细胞相容性。 为了定向研究zein/PCL复合纳米纤维膜在骨组织工程支架材料领域的应用前景,先后分别向上述两种纤维中添加具有成骨活性的纳米羟基磷灰石纳米颗粒,制备出三组分的共混和同轴结构复合纤维膜。 在nHA/zein/PCL复合纳米纤维膜中,随着nHA含量的增加,纤维直径逐渐降低,纤维表面变得凹凸不平,更有利于细胞黏附,且由于颗粒增强作用,力学性能随着纳米羟基磷灰石含量的增加先提高后降低。当nHA含量增大至30%时,复合纤维膜仍能保持良好的力学性能,MG63人骨肉瘤系细胞培养表明,添加纳米羟基磷灰石之后复合纤维的黏附增值效果有所提高。 在纳米羟基磷灰石/玉米醇溶蛋白-聚己内酯皮-芯结构同轴复合纳米纤维膜中,纳米羟基磷灰石颗粒被均匀掺杂于皮层物质玉米醇溶蛋白之中,随着同轴复合纳米纤维中纳米羟基磷灰石含量的增加,纤维的直径先增大后减小,纤维表面粗糙度增加,纤维中PCL的结晶性能逐渐变差,纳米羟基磷灰石的结晶逐渐变好。相比于nHA/zein-PCL-0同轴复合纳米纤维,皮层含有质量分数为30%纳米羟基磷灰石的复合纳米纤维膜仍具有较好的力学性能。初始杨氏模量为286MPa,断裂应力为26.7MPa,断裂应变为83%。人骨肉瘤系细胞(MG63)培养表明,添加纳米羟基磷灰石可明显提高nHA/zein-PCL皮-芯结构复合纤维的细胞黏附与增值性能,ALP活性也有所增强。细胞在支架上生长情况良好。 对于相同质量和相同质量比(30/70)的zein/PCL复合纤维和zein-PCL同轴皮-芯结构复合纤维,当共混体系和同轴体系的皮层中nHA含量均为30%时,通过对纤维形貌,力学性能和生物相容性的对比研究,得出共混静电纺丝方法制备出的nHA/zein/PCL复合纤维细丝较多,略显杂乱,直径误差较大,而同轴皮-芯结构的nHA/zein-PCL纤维较为齐整,表面光滑无粘连。共混静电纺丝方法制备出的nHA/zein/PCL复合纤维膜拉伸破坏应力为30.1 Mpa,拉伸破坏应变仅为48%,杨氏模量为270 Mpa,相对硬而脆,而同轴静电纺丝方法制备出的nHA/zein-PCL皮-芯结构复合纤维拉伸破坏应变为83%,但是断裂应力较低,相对软而韧。同轴静电纺nHA/zein-PCL复合纤维支架的细胞培养结果更好。
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