摘 要

静电纺丝技术及静电纺丝纳米纤维在生物医学工程领域内有着十分广泛的应用。通过将不同高分子共混、共聚等方法及不同的纤维收集方式，制备出性能多样在生物医学领域适用于临床的超细纳米纤维，并应用于药物缓控释和组织工程等许多方面，有着重要的科学研究价值和广泛的应用前景。

本论文的主要工作是，完成对静电纺丝体系中基质聚合物的组成对纤维特征的影响研究，并对PLA超细复合纤维支架的降解性能及生物相容进行研究 ，主要内容如下：

本文第一步实验以医用生物材料壳聚糖（CS）和聚乳酸（PLA）主要原料,应用静电纺丝方法，制备了一系列纯PLA及CS/PLA纳米纤维组织工程生物支架材料，并对PLA静电纺丝体系中基质聚合物的组成对纤维特征的影响进行了研究，得出随着CS的质量比的增加，静电纺丝纳米纤维的直径逐渐变小的结论。

本文第二步实验对聚乳酸（PLA）进行改性，通过引入聚乙二醇（PEG）得到改性PLA的聚合物，对改性PLA进行静电纺丝，并对其所制备的电纺纳米纤维进行表征，及亲、疏水性能测试。发现材料改性聚乳酸纳米纤维膜较纯PLA纳米纤维在亲水性上有很大的提高，并从而影响了改性聚乳酸纳米纤维膜的体外降解性及生物相容性，结果显示，静电纺丝纳米纤维膜的亲水性越强，其降解速率越快，同时具有更好的细胞相容性。

关键词：静电纺丝；聚乳酸；聚乙二醇；亲水性

Abstract

Electrospinning technology and electrostatic spinning nanofibers in the field of biomedical engineering has a very wide range of applications. The different polymer blending and copolymerization method and different fiber collection, prepared with various properties and structure changing ultrafine fibers and application in controlled and sustained drug release and tissue engineering etc. in many aspects, has important scientific research value and wide application prospect.

The main work of this thesis is completed on electrospinning system in polymer matrix composition of fiber characteristics influence of, and of PLA composite superfine fiber scaffold degradation properties and biological compatibility was studied, the main contents are as follows:

In the first step of the experiment in medical biomaterials chitosan (CS) and poly lactic acid (PLA) as main raw materials, using electrostatic spinning method prepared a series of pure PLA and CS/PLA nano fibrous tissue engineering scaffold materials, effect of fiber characteristics and the composition of PLA electrospinning system in the polymer matrix were studied, obtained with CS with the diameter of the electrospun nanofibers gradually change the conclusions.

In the second step of the experiment by polyethylene glycol (PEG), polycaprolactone (PCL) of poly (lactic acid) copolymer modified by poly lactic acid block copolymer, the copolymer through electrostatic spinning method for preparing nano fiber membrane. It is found that the material modification of poly (lactic acid) nano fiber membrane compared to pure PLA nanofibers in the hydrophilic has greatly improved, and is thus influenced by the modified poly (lactic acid) nanofibers membrane in vitro degradation and biological compatibility, results show, hydrophilic electrospun nanofibrous membranes is stronger, the degradation rate was faster, also has better cell compatibility.

Key words: electrospinning; polylactic acid; polyethylene glycol; Hydrophilic property

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 组织工程概述 1

1.2 静电纺丝技术概述 1

1.2.1 静电纺丝技术的发展 1

1.2.2 静电纺丝技术的工艺原理 2

1.3 静电纺丝纳米纤维的应用 3

1.3.1 电纺纳米纤维在神经组织工程中的应用 3

1.4 电纺纳米纤维载药系统 4

1.4.1 电纺纳米纤维载药系统的药物缓、控释机理 4

1.4.2 电纺纳米纤维载药的类型 5

第二章 PLA静电纺丝体系中基质聚合物的组成对纤维特征的影响研究 6

2.1 聚乳酸（PLA）静电纺丝纳米纤维的制备及表征 6

2.1.1 聚乳酸(PLA)预纺丝液的制备 6

2.1.2. 聚乳酸（PLA）静电纺丝的制备 6

2.1.3. 聚乳酸（PLA）纳米纤维的表征 6

2.2 壳聚糖(CS)/聚乳酸(PLA)复合静电纺丝纳米纤维的制备及表征 6

2.2.1 壳聚糖(CS)/聚乳酸(PLA)预纺丝液的制备 6

2.2.2 壳聚糖(CS)/聚乳酸(PLA)复合静电纺丝纳米纤维的制备 7

2.2.3 壳聚糖(CS)/聚乳酸(PLA)复合纳米纤维的表征 7

2.3 实验结果讨论与分析 7

2.3.1 PLA 质量分数对电纺纳米纤维形貌及直径的影响 7

2.3.2 CS质量分数对电纺CS/PLA纳米纤维形貌及直径的影响 9

2.4 本章小结 10

第三章 改性聚乳酸（PLA）超细复合纤维支架的性能研究 11

3.1 改性聚乳酸（PLA）静电纺丝纳米纤维的制备 11

3.1.1 改性聚乳酸（PLA）共聚物预纺丝液的制备 11

3.1.2 改性聚乳酸（PLA）静电纺丝纳米纤维的制备 11

3.2 改性聚乳酸（PLA）纳米纤维的表征 11

3.2.1 改性聚乳酸（PLA）纳米纤维SEM观察 11

3.2.2 改性聚乳酸（PLA）纳米纤维的接触角测定 12

3.3 实验结果讨论与分析 12

3.3.1 改性聚乳酸（PLA）纳米纤维的形貌研究 12

3.3.2 改性聚乳酸（PLA）纳米纤维的亲疏水性研究 12

3.4 本章小结 14

第四章 改性聚乳酸（PLA）超细复合纤维支架的体外降解性能及生物相容性的研究 15

4.1 改性聚乳酸（PLA）纳米纤维降解性能及生物相容性实验 15

4.1.1 改性聚乳酸（PLA）纳米纤维体外降解性试验 15

4.1.2 改性聚乳酸（PLA）纳米纤维生物相容性试验 15

4.2 实验结果讨论与分析 16

4.2.1 改性聚乳酸（PLA）纳米纤维体外降解性分析 16

4.2.2 改性聚乳酸纳米纤维生物相容性分析 17

4.3 本章小结 19

第五章 结论 21

参考文献 23

致谢 25

第一章 绪论

1.1 组织工程概述

组织工程（Tissue Engineering）是近年来较为热门的一种新型生物技术学科，它的定义为：研究分析人体的器官、组织、细胞结构和其相应功能之间的关系，再运用组织工程学的技术结合生命科学原理，通过实验研究制备能够维护人体组织和器官的形态及功能，并具有修复功能，可以促进人体各种受损的组织和器官修复复原的生物材料代替物^[1]。它的主要原理是先选择一种适当的并具有较好的降解特性与生物相容性的生物材料，然后引入正常的组织细胞，使其在生物材料上分裂、增殖，到一定程度后，最后向病人体内的受损或病变的组织、器官部位，植入细胞与生物材料的复合物，随着复合物病人体内进一步分化、增殖，可以逐渐形修复受损或病变的组织、器官部位的功能，或者直接形成新的相应部位，以此来实现组织工程技术的作用与目的。种子细胞、生长因子、支架材料这三种因素被视为组织工程的三大要素^[2]。

1.2 静电纺丝技术概述

1.2.1 静电纺丝技术的发展

静电纺丝技术具有悠久的历史和诸多的优点，可以制得纳米级纤维材料，是一种高效、便捷的加工方法。实现将液滴分裂为带电射流的首位科学家Rayleig，早在1882 年结合电喷洒技术，研究讨论如何使液滴变为射流的形态，得到静电纺丝纤维，他发现当静电力大到一定程度时，可以使液滴克服其自身的表面张力，便可以产生液体射流，从而得到纺丝纤维^[3]。随后，在1914 年，为了对静电纺丝技术进行研究，Zelen也对电喷洒技术做了深入的讨论分析^[4]。静电纺丝技术所制备出的电纺纳米纤维具有许多其他纤维加工方法不具备的优点，并且在模拟天然细胞外基质（ECM）方面有极好的效果。因此，静电纺丝技术具有很好的应用前景^[2]。

可以利用静电纺丝纳米纤维的领域十分广泛。在生物医学工程领域内，合成高分子和天然的高分子都可以作为静电纺丝的原料，通过将不同高分子共混、共聚等方法及不同的纤维收集方式，制备出性能多样和结构多变的超细纳米纤维，并应用于药物缓控释和组织工程等许多方面，有着重要的科学研究价值和广泛的应用前景。

1.2.2 静电纺丝技术的工艺原理

首位实现利用静电纺丝技术进行加工的科学家Formhals，在1934 年，设计了出第一套静电纺丝设备装置，在强电场下，可以使聚合物液滴带电，并克服其表面张力而形成射流，这获得了静电纺丝加工技术的第一项专利^[5]。静电纺丝技术的原理就是利用高压静电来制备纳米纤维，首先使聚合物溶液的液滴带上高压静电，然后利用电场力使其克服自身的表面张力，使液滴被拉神成为圆锥状的纤维丝，即Taylor锥。在1964 年时，Taylor提出，处于平衡状态时的悬挂液体是呈锥形的^[6]，要使液滴转变为锥型(泰勒锥 Taylor Cone ^[7]）的稳定射流喷射出来，必须对液滴施加足够大的电压，此电压至少高于其临界电压，“临界电压”的概念就此被提出。利用电场力使聚合物溶液带电而使其拉伸成丝，这是静电纺丝加工技术最大的优点，这使其可以实现大多数组织工程生物材料的临床使用要求，即纤维比表面积大而直径小。