摘 要

壳聚糖和聚己内酯都是制备组织支架的常用材料。壳聚糖除了容易加工成多孔支架和膜状物，还具备优异的生物相容性、生物可降解性和黏附性。但是，因为壳聚糖的力学性能不强，可塑性差，不易于二次加工使其变为某种特定的形状，导致限制了其应用推广。聚己内酯作为具有很好的生物相容性的材料，同时还拥有很好的药物通过性，由于其具有的特殊的碳链结构让聚己内酯兼具有很好的可加工性和柔韧性。静电纺丝制成的超细纤维具有多孔结构和比表面积大以及适宜细胞迁移和增值的优势，这2种材料的混合物具有可调的力学性能，然而，合成聚合物的细胞相容性过低导致构建与活细胞友好界面的支架效率低下。

 本课题在运用静电纺丝技术制备聚己内酯纳米纤维膜的基础上，对其进行氨基化修饰，然后以戊二醛为交联剂使其与壳聚糖发生交联，从而制备出一种组织工程支架。对其进行红外、水接触角测试和扫描电镜等试验表征，测试其物理及化学性能。主要步骤有1.用静电纺丝制备聚己内酯膜2.对聚己内酯膜进行氨基化改性3.壳聚糖与氨基化聚己内酯膜进行交联，制得组织工程支架4.通过红外光谱、SEM、接触角测试、X射线光电子能谱等技术对支架材料进行表征。

实验过程主要研究了在制备静电纺丝聚己内酯的后，通过用氨基基团进行活性位点改性，再和生物大分子材料壳聚糖通过交联剂戊二醛交联制成新型组织工程材料。研究结果表明其具有多孔结构且空隙率提高，且其细胞的附着能力明显改善，粗糙度低且亲水性较好，适合应用于组织工程领域。

关键词：壳聚糖；聚己内酯；氨化改性；静电纺丝；组织工程

Abstract

Chitosan and polycaprolactone are common materials for the preparation of tissue scaffolds. In addition to being easily processed into porous scaffolds and membranes, chitosan has excellent biocompatibility, biodegradability and adhesion. However, because of the mechanical properties of chitosan is not strong, plasticity is poor, not easy to secondary processing and make it into a certain shape, lead to limit its application. Poly (caprolactone as the material to have good biocompatibility, and at the same time also has a very good drug through sex, because of its special carbon chain structure has let poly (caprolactone and has good workability and flexibility. A mixture of these two materials has adjustable mechanical properties, however, synthetic polymer cellular compatibility is too low, leading to the construction of a friendly interface and living cells scaffold inefficient. The ultrathin fibers made of electrostatic spinning have the advantages of porous structures and greater surface area and suitable for cell migration and appreciation.

This topic in electrostatic spinning method using poly (caprolactone nano fiber membrane, on the basis of amination modification, and then with glutaraldehyde as crosslinking agent with the crosslinked chitosan, which was a kind of tissue engineering scaffolds. Its physical and chemical properties are tested by means of ir, water contact Angle test and scanning electron microscope. Main steps are (1) with poly (caprolactone membrane electrostatic spinning preparation 2. Amination modification of poly (caprolactone membrane 3. Chitosan and amination cross-linked poly (caprolactone membrane, tissue engineering scaffolds was 4. By ir spectra, SEM and contact Angle test, X-ray photoelectron spectroscopy technology for characterization of scaffold materials, etc.

Experiment process are mainly studied in the preparation of electrostatic spinning of poly (caprolactone, through active site with amino groups was modified, and biological macromolecular material chitosan by crosslinking agent glutaraldehyde crosslinking made into new tissue engineering material. The results of the study showed that the porous structure and porosity were improved, and the adhesion ability of the cells was significantly improved.

Keywords: chitosan；polycaprolactone； ammoniation modification；electrospinning；tissue engineering

目 录

第1章 绪论 1

1.1 组织工程 1

1.1.1 组织工程的背景及发展 1

1.1.2 组织工程支架 1

1.2 组织工程支架的研究进展 2

1.2.1 静电纺丝组织工程支架使用的材料 2

1.2.1.1 天然材料 2

1.2.1.2 人工合成高分子及复合生物材料： 2

1.2.1.3 复合材料构建的血管支架材料 2

1.3 课题研究目标及研究内容 3

1.3.1 静电纺丝在组织工程支架的应用 3

1.3.2 聚己内酯膜表面氨解改性 3

1.3.3 课题创新点 3

第2章 实验部分 5

2.1 主要实验原料及实验设备 5

2.1.1 实验原料 5

2.1.2 实验设备 6

2.2 实验步骤 6

2.2.1 聚己内酯膜的制备 6

2.2.2 PCL膜的氨解 7

2.2.3 茚三酮法定量分析检测PCL膜具有NH2基团的量 7

2.2.4 壳聚糖的固定化 7

2.3 对支架材料进行表征及其性能研究 8

2.3.1 紫外光分光仪测试 8

2.3.2 扫描电镜测试 8

2.3.3 红外光谱测试 8

2.3.4 水接触角测试 9

2.3.5 孔隙率测试 9

2.3.6 X射线光电子能谱（XPS） 9

2.4 反应机理 10

2.4.1 聚己内酯膜的生成 10

2.4.2 聚己内酯膜的氨化改性 10

2.4.3 膜与壳聚糖的交联 11

第3章 结果与讨论 13

3.1 检测分析 13

3.1.1 紫外光吸光度测定 13

3.1.1.1 反应时间对PCL膜上氨基含量的影响 13

3.1.1.2 乙二胺浓度对PCL膜上氨基含量的影响 13

图3.2乙二胺浓度对PCL膜上氨基含量的影响 14

3.1.2 扫描电镜结果分析 14

3.1.3 红外光谱实验分析 15

3.1.4 水接触角测试 16

表3.1 膜材料的水接触角 16

3.1.5 孔隙率 16

表3.2 膜材料的孔隙率 16

3.1.6 X射线光电子能谱（XPS） 16

第4章 结论 18

参考文献 19

致 谢 21

第1章 绪论

1.1 组织工程

1.1.1 组织工程的背景及发展

组织工程是以材料学、工程学和生命科学的原理跟技术实现组织替换，以达到受损组织或器官的原有功能重新恢复、维持甚至提高的目的的一门交叉学科^[1]。制出有优良的生物相容性还可以被人体降解吸收的细胞外基质材料是组织工程的基本原理和方法，接着将体外培养制成的高浓度细胞在扩增之后在获得的材料上吸附，借此制成生物材料细胞复合物，接着将复合体植入机体的相关部位。生物支架被植入体内后，细胞会不断增值，支架逐渐被分解并生成新的组织器官，最终实现组织功能重建和外形修复。

组织工程学的起源源自20世纪80年代一个假设。直到1987年，美国国家科学基金委员会采用“组织工程”描述这一新兴领域，宣告了组织工程学的正式成立^[2]。之后，有两名学者联合进行研究，他们将细胞植入具有生物可降解性的支架材料上，期望能达到替代来源稀缺的自体或异体器官的效果。细胞植入到材料的支架后开始生长增殖，并且在此期间支架也逐步地降解，最终植入的细胞形成了所需组织和器官。两位科学家之后联合发表了文章，给出了组织工程学的基本原理，提出了未来可能的发展方向及应用前景^[3]。之后的十多年内，伴随着相关学科领域的不断进步，组织工程也有了长足发展，越来越多的人将视线投向了组织工程。

在最近的20年发展过程中，组织工程在三维支架材料、组织构建、体内植入等方面已经取得重大突破和长足发展，并有部分临床应用的范例证明组织工程的研究方向是对的，组织工程展现出良好的发展前景。