同轴复合纳米纤维的制备、表征及其在生物医学领域中的应用

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1、中文摘要摘要本文研究了静电纺丝技术特别是同轴共纺技术在生物医学工程和透光复合材料领域的应用，重点探索该技术在生物医学领域的应用前景，包括药物释放载体、医用载药缝合线和组织工程支架三个方面。在药物释放体系的研究方面，采用不同的模型药物和聚合物体系，分别成功制备了GS甩cL、RT伊CL、TcH／PuA等壳一芯复合纤维，研究了药物浓度和聚合物浓度以及溶剂体系变化对电纺纤维形貌、力学性能、降解率和药物释放性能的影响：在载药缝合线制备方面。以TCH和PLLA材料为主要研究体系，探讨了同轴共纺过程中纤维的形貌和结构变化，包括中空纤维和无芯纤维

2、的形成。研究了定向收集过程中圆盘转速和聚合物的选择与纤维定向程度的关系，测试了不同纤维膜和缝合线的理化性能，比较了两种不同载药缝合线的释药特性以及不同材质缝合线的拉伸力学性能；在组织工程支架制备方面，研究了溶剂对电纺过程，特别是电纺纤维表面形貌的影响。并以PLLA／Gelatin混合电纺纤维的制各为例，探讨了天然高分子和合成高分子材料的混合电纺，分析了电纺纤维力学性能的变化．采用选择性溶解技术研究了在PLLA纤维表面获得较大孔径的可行性；在透光复合材料方面，初步探索了以壳一芯双层纳米纤维为前体，通过模压熟熔等步骤制各纤维增强透光复

3、合材料的可行性；得出的主要结论如下：(1)应用同轴共纺技术，成功地将三种不同的模型药物包括脂溶性的自藜芦醇、水溶性的硫酸庆大霉素和盐酸四环素包覆到两种生物可降解聚合物PCL和PLLA超细纤维中。SEM观察表明，芯层中药物的浓度对壳一芯纤维的直径影响不大，而随壳层聚合物浓度增大，壳一芯纤维的直径逐渐增_人；TEM观测显示，这些复合纤维的壁厚一般在100rim左右，因而有可能实现在较短时间内完全降解，使之在医疗等领域发挥特殊作用；力学性能测试表明纤维膜的力学强度不仅与纤维的平均直径有关，还与纤维表面的珠状物多少有关：降解实验结果显示纤

4、维膜的降解与芯层中药物的亲水性和药物的分布有密切关系。亲水性大的药物有助于纤维的降解。(2)采用混合电纺和同轴电纺技术可以获得两种不同释药特性的载药纤维。混纺纤维形成类似基质型药物释放体系，药物容易分布在纤维表面和内部，能够将药物快速释放出来，这种释药模式在口服给药中，由于药物出现迸发释放可能引起副作用和降低药物的疗效，但在抗生素的治疗中，往往在短期内需要大剂量的药物才能杀灭细菌和病毒，这种释药方式是有利的。同轴共纺纤维具有较好的中文摘要壳一芯结构，形成类似储库型的药物释放装置，使药物受控释放，更适合长期、小剂量的药物释放．可满足

5、如激素类药物、生长因子、长效抗癌药物和毒副作用较大的药物等的缓慢释放．园此，根据治疗的目的可以选择不同的载药模式。(3)在同轴共纺过程中，溶剂的选择能够影响药物的载药量和药物在纤维中的分布。在Tc聊u，A壳芯纤维的制各中，以HFIP为溶剂的体系比氯仿和甲醇混合溶剂能够加载更多的药物，且药物在共纺纤维中所占体积减小．(4)在同轴共纺过程中，射流的分裂可能导致不含芯层材料的单组分纤维产生，芯层也可能偏离纤维的中部，部分药物会聚积到纤维表面。(5)在定向纤维的收集中，圆盘转速增大可增加纤维的定向程度，但高速旋转引起的空气流动可能将纤维吹

6、散而影响定向分布。纤维的收集率与聚合物的种类有密切关系，电荷聚积较多的纤维会排斥后续纤维的沉积，影响纤维的收集率。(6)由不同材料制备的纤维线力学性能相差较大，在芯层中添加药物使纤维线的弹性模量增大，但不会明显降低纤维的力学强度，“O”型打结对纤维线的强度影响较小．(7)电纺过程中，溶剂的物理性质对制各纤维的形貌有很大影响，聚合物和溶剂的溶度参数的差值较小是获得均一纤维的一个重要因素，纤维表面多孔结构的形成取决于溶剂和聚合物的组合。在天然高分子材料和合成高分子材料混合电纺时，当两者在共同的溶剂中相容时，合成材料的加入能改善天然材料

7、的力学性能。选择合适的材料和溶剂组合，有可能通过选择性溶解技术获得表面具有较大孔径的多孔纤维。(8)采用同轴电纺技术成功制备了壳．芯结构的PMMA／Nylon-6双层复合纤维，电镜分析表明芯层的直径小于可见光的波长，且纤维的直径随壳层溶液的浓度升高而增加。控制同轴共纺和热压成型的工艺参数有望制各出纳米纤维增强的透光复合材料，既能保持透光材料原有的光学性能、又能有更高的力学性能尤其冲击韧性。关键词；静电纺丝，纳米纤维，缝合线，药物释放，组织工程，透光材料Ⅱ英文摘要ABSTRACTTheobjectivesofthisthesisas

8、cinprocessingandfunctionalizationofelectrospunpolymernanofibcrs,withastrongfocus011core-shellfibersusedinbiomedicalengineeri