纳米锐钛矿增强增韧再生丝素蛋白静电纺复合纤维的研究

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蚕丝为天然蛋白质,是迄今为止最强韧的纤维之一。最常见的桑蚕丝,其直径约为10-20μm,在生物医药产业具有很大的发展潜力。丝素蛋白因其独特的弹性、强度和生物相容性,使其成为制备组织工程支架理想的材料。进一步增强增韧后的再生丝素蛋白(RSF)纤维支架材料在组织工程领域有很大的应用潜力。静电纺丝工艺由于其多功能性和多应用性,近年来引起了人们的广泛关注。为了改善 RSF纤维毡的力学性能,本论文基于纳米锐钛矿对丝素蛋白的微区受限结晶原理,以丝素蛋白/纳米二氧化钛共混水溶液为纺丝液,使用静电纺丝技术成功制备了不同纳米 TiO2含量(0,0.25 wt%,0.5 wt%,1 wt%和1.5 wt%)的RSF纤维毡,并对其进行了机械拉伸后处理。采用扫描电子显微镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线衍射、散射和电子万能材料试验机等手段对 RSF纤维毡的形貌、结构及性能进行了表征。  结果表明,纳米 TiO2的加入能够显著提高 RSF纤维毡的力学性能,且对纤维毡的形貌、结构也会产生影响。其中,添加了0.25 wt%TiO2的纤维毡的断裂强度和断裂能分别达6.2 MPa和135 J/kg。机械拉伸后处理可精确控制拉伸速率和拉伸倍数,该后处理过程可有效提高纤维毡的力学性能。扫描电镜表明,当纳米TiO2含量增至1.5 wt%时,纳米TiO2颗粒容易发生部分团聚。FT-IR测试结果表明,随着添加量的增加,RSF纤维毡的β-折叠含量逐渐减小,无规卷曲/α-螺旋含量逐渐增加。同步辐射微聚焦 X射线衍射(SR-WAXD)结果表明,RSF/TiO2纤维毡的结晶度、晶粒尺寸及取向度均小于纯RSF纤维毡,随着添加量的增加,纤维的结晶度随之降低。  采用细胞活性测试( MTT)和激光扫描共聚焦显微镜( LCSM)表征RSF/TiO2静电纺纤维支架的生物相容性。结果表明,猪髋内皮细胞(PIEC) 在纯 RSF纤维毡和 RSF/TiO2复合纤维毡上的粘附和增殖情况良好,且没有显著性差异。因此,RSF/TiO2复合纤维毡具有良好的生物相容性,在组织工程领域具有较大的应用潜力。
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