面向骨组织工程的丝素蛋白_壳聚糖复合支架的研究

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1、国内图书分类号：TB332西北工业大学工学博士学位论文面向骨组织工程的丝素蛋白/壳聚糖复合支架的研究博士研究生：李大为导师：尹大川教授申请学位级别：博士学科、专业：材料学所在单位：生命学院答辩日期：2017年12月授予学位单位：西北工业大学Classifiedindex：TB332DissertationsubmittedinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofDoctorofPhilosophyStudyonSilkFibroin/ChitosanCompositeScaffoldforBoneTissueEngineeri

2、ngPh.DCandidate：LIDaweiAdvisor：ProfessorYINDachuanDegreeAppliedfor：DoctorofPhilosophySpecialty：MaterialsScienceSchool：SchoolofLifeScienceDateofOralDefence：December，2017UniversityConferringDegree：NorthwesternPolytechnicalUniversity摘要摘要丝素蛋白（silkfibroin，SF）和壳聚糖（chitosan，CS）具有优良的生物相容性和降解能力，且来源丰富价格低廉，

3、是制备组织工程支架优良的原材料。但是其单一组分SF和CS支架却面临成型困难、力学性能差、降解速率过快和溶胀率高等缺点。SF/CS复合支架不但具备SF和CS单一组分支架的优势而且弥补了其单一组分支架的不足，其已经在软骨、皮肤、脂肪、神经和角膜等组织工程和相关损伤的修复中发挥了一定作用。然而，SF/CS复合支架是否可以用于骨组织工程，并在骨损伤的修复中得以应用并发挥一定作用呢？则较少有相关问题的文献报道。本文为了探索SF/CS复合支架在骨组织工程支架中的应用潜力，制备了一系列SF/CS复合支架，对其各项性能进行分析和表征，总结SF/CS复合支架性能特点，讨论其在骨组织工程中的应用优势。通过相

4、关的细胞和动物实验分析SF/CS复合支架在骨组织工程中应用的可行性，探讨了其在三维（threedimensional，3D）细胞培养中发挥的作用。通过研究SF/CS复合支架与外加磁场共同作用探索了一种新的骨组织工程方法。为了进一步拓展SF/CS复合支架在骨组织工程中的应用范围，本研究提高了SF/CS复合支架的力学性能，研究了经聚乳酸（poly（lacticacid），PLA）框架增强的SF/CS/羟基磷灰石（hydroxyapatite，HA）复合支架在骨组织工程中应用的可行性。SF/CS复合支架的性能可以通过制备时工艺参数的调整而得以控制。与单一组份SF和CS支架相比，SF/CS复合支

5、架孔隙均匀，孔间连通性好，具有可控的孔径分布、孔隙率、吸水性、溶胀性、力学性能和降解速率。制备时SF/CS混合溶液的总浓度和SF：CS比例是控制SF/CS复合支架性能的主要因素。SF/CS混合溶液的总浓度越大，孔径分布越小，孔隙率越低、吸水性越差、力学性能越强。SF/CS混合溶液中CS所占比例越高，SF/CS复合支架的溶胀率越大，力学性能越强，降解速率越慢。SF/CS复合支架可以支持两种典型的骨组织工程细胞源（成骨细胞和间充质干细胞）的体外培养，并为其粘附、增殖和分化提供三维培养环境，具有较好的组织相容性，不会引起炎症反应，且有利于血管生成。SF/CS复合支架中生长的细胞具有多种形态，且

6、其形态与种植浓度、细胞粘附位点的形貌和孔径尺寸密切相关。SF/CS复合支架为细胞的持续增殖提供了较大的空间和表面积。细胞在SF/CS复合支架所提供的三维培养环境和2D培养环境中具有不同的分化水平。SF/CS复合支架可以和外加磁场条件相结合共同应用于骨组织工程。本实验I西北工业大学博士论文室自主设计搭建的周期脉动磁场发生装置不但可以产生频率为2Hz，磁感应强度为0.633T的周期脉动磁场，而且其频率和磁感应强度可以通过调节转速和两块磁铁之间的距离而进行调整。本实验室自主搭建的细胞培养平台和SF/CS复合支架可以为特殊环境下的骨组织工程研究提供磁场和三维培养的环境。磁感应强度为0.633T，

7、频率为2Hz的周期脉动磁场对SF/CS复合支架上MC3T3-E1的增殖有一定抑制作用。SF/CS/HA/PLA复合支架不但具有较高的力学性能还可以促进细胞的增殖和分化。在SF/CS混合溶液中加入HA颗粒和3D打印的PLA框架制备SF/CS/HA/PLA复合支架。其具有较高的力学性能，弹性模量达81.64±2.13MPa，可以满足松质骨损伤修复的力学需要。SF/CS/HA/PLA复合支架支持MC3T3-E1的体外培养，不但为其粘附、增