改性L-聚乳酸的静电纺丝及其纤维膜的结构与性能.pdf

华中科技大学
博士学位论文
改性L-聚乳酸的静电纺丝及其纤维膜的结构与性能
姓名：廖桂英
申请学位级别：博士
专业：高分子化学与物理
指导教师：解孝林
2010-11-06
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
I
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。%
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