曹旭陽-科技論文

1、作業(yè)題目 文獻(xiàn)檢索與科技論文寫作班級： B機(jī)制165 學(xué)號(hào)：  1610101051      姓名：曹旭陽一、課題分析1、涉及技術(shù)領(lǐng)域：醫(yī)學(xué)，力學(xué)，納米。2、研究內(nèi)容 項(xiàng)目主要技術(shù)要點(diǎn)：（簡介本項(xiàng)目研究目的、技術(shù)方法、工藝路線、關(guān)鍵技術(shù)等，字?jǐn)?shù)在200-300字之間）初步探索了膠原蛋白（collagen）/聚（乳酸-己內(nèi)酯）P(LLA-CL)二元復(fù)合納米纖維、納米紗的紡絲制備工藝，應(yīng)用掃描電子顯微鏡（scanning electron microscope，SEM）、力學(xué)性能測試、水接觸角測試，分析觀察納米纖維、納米紗的表觀形貌并對比分析了其

2、親水性和力學(xué)性能。在細(xì)胞增殖、免疫熒光和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中重點(diǎn)探究了納米纖維和納米紗孔隙率、孔徑對兩種支架的組織修復(fù)性能影響。與納米纖維相比，納米紗不僅具有很好的力學(xué)性能及親水性能，還具有利于細(xì)胞長入的大孔徑及孔隙率。同時(shí)，兩種支架的體外細(xì)胞毒性、體內(nèi)皮膚組織修復(fù)等測試，均顯示納米紗優(yōu)于納米纖維支架。3、中英文關(guān)鍵詞中文關(guān)鍵詞：膠原蛋白；靜電紡絲；納米紗；膠原蛋白；聚（乳酸-己內(nèi)酯） 英文關(guān)鍵詞：biomedical engineering; biomedical engineering collagen; poly(lactic acid-caprolactone)4、中英文邏輯檢索表達(dá)式（提供檢索

3、表達(dá)式的組配方式不少于3種）：中文檢索表達(dá)式：  主題=“生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)” 并含 “納米紗”；                                                        主題=“膠原蛋白”；           

4、                                              關(guān)鍵字 =“膠原蛋白”或含“納米紗”并含“靜電紡絲” ；                              

5、                        英文檢索表達(dá)式： subject=“biomedical engineering”and“biomedical engineering” ；  subject=“engineering”；                                

6、           keywords=“Chip microcomputer” or“AT89S52”and“Digital calendar”二、選擇檢索工具并檢索、記錄、整理檢索結(jié)果1、中國知網(wǎng)之中國學(xué)術(shù)期刊全文數(shù)據(jù)庫（檢索時(shí)間范圍：2006-2015）檢索過程：采用檢索表達(dá)式，檢索結(jié)果     45  篇；采用檢索表達(dá)式，檢索結(jié)果     10  篇；采用檢索表達(dá)式，檢索結(jié)果   

7、0;  0 篇；檢索分析：通過檢索結(jié)果的比較和分析，該課題的最終檢索表達(dá)式為：      ，檢索結(jié)果為    2   篇文獻(xiàn)（10篇之內(nèi)）。 2、 中國優(yōu)秀碩士/博士論文全文數(shù)據(jù)庫（檢索時(shí)間范圍：2006-2015）檢索過程：采用檢索表達(dá)式，檢索結(jié)果     64 篇采用檢索表達(dá)式，檢索結(jié)果     24 篇采用檢索表達(dá)式，檢索結(jié)果   

8、  5   篇檢索分析：通過檢索結(jié)果的比較和分析，該課題的最終檢索表達(dá)式為：      ，檢索結(jié)果為    7   篇文獻(xiàn)（10篇之內(nèi)）。   3、愛思唯爾英文期刊全文數(shù)據(jù)庫（Elsevier SD）（檢索時(shí)間范圍：2006-2015）檢索過程：采用檢索表達(dá)式，檢索結(jié)果    21   篇采用檢索表達(dá)式，檢索結(jié)果    5   

9、篇采用檢索表達(dá)式，檢索結(jié)果    3    篇檢索分析：通過檢索結(jié)果的比較和分析，該課題的最終檢索表達(dá)式為：      ，檢索結(jié)果為       篇文獻(xiàn)（10篇之內(nèi)）。三、根據(jù)所檢索文獻(xiàn)，撰寫文獻(xiàn)綜述如下（包括國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、存在的問題、已有的解決方案及課題擬研究的方向等，正文部分不得少于3000字）：Preparation and properties of the nanoyarn and nanofiber membranes which

10、are three-dimensional porous scaffolds based on electrospinning technology 曹旭陽（.鹽城工學(xué)院機(jī)械優(yōu)集學(xué)院，鹽城 201620） 摘要：初步探索了膠原蛋白（collagen）/聚（乳酸-己內(nèi)酯）P(LLA-CL)二元復(fù)合納米纖維、納米紗的紡絲制備工藝，應(yīng)用掃描電子顯微鏡（scanning electron microscope，SEM）、力學(xué)性能測試、水接觸角測試，分析觀察納米纖維、納米紗的表觀形貌并對比分析了其親水性和力學(xué)性能。在細(xì)胞增殖、免疫熒光和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中重點(diǎn)探究了納米纖維和納米紗孔隙率、孔徑對兩種支架的組織修復(fù)

11、性能影響。與納米纖維相比，納米紗不僅具有很好的力學(xué)性能及親水性能，還具有利于細(xì)胞長入的大孔徑及孔隙率。同時(shí)，兩種支架的體外細(xì)胞毒性、體內(nèi)皮膚組織修復(fù)等測試，均顯示納米紗優(yōu)于納米纖維支架。關(guān)鍵詞：生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)；靜電紡絲；納米紗；膠原蛋白；聚（乳酸-己內(nèi)酯）Title Preparation and properties of the nanoyarn and nanofiber membranes which are three-dimensional porous scaffolds based on electrospinning technology Name Abstract： In

12、this paper, we explored the electrospinning preparation process of collagen/poly(lactic acid-caprolactone) P(LLA-CL) composite nanofiber and nanoyarn. The apparent morphology and mechanical properties of the fibers were observed and analyzed by scanning electron microscope (SEM), mechanical testing

13、and the water contact angle measurement. In the cell proliferation, immunofluorescence and animal experiments, we focused on the porosity and pore size of the two kinds of scaffolds on tissue repair performance. Compared to nanofiber, the nanoyarns not only have good mechanical properties and hydrop

14、hilic properties, but also have large aperture and porosity for cells to grow into the scaffold. Meanwhile, the cytotoxicity of cells in vitro and skin tissue repaired in vivo of two kinds of scaffolds all showed that the nanoyarn is superior to the nanofiber.Key words: biomedical engineering; elect

15、rospinning; nanoyarn; collagen; poly(lactic acid-caprolactone)前言（引言）：靜電紡絲制備的生物材料由于具備比表面積大、孔隙率高、可以仿生天然細(xì)胞外基質(zhì)等優(yōu)異的性能，在組織工程與再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域受到了越來越多的關(guān)注1。傳統(tǒng)靜電紡絲技術(shù)制備的納米纖維膜雖然能夠適 合細(xì)胞的生長與粘附，可以達(dá)到修復(fù)組織的效果，但是由于其孔徑狹小，并不適合細(xì)胞向支架材料內(nèi)部 遷移，妨礙了組織修復(fù)的速度。于是，研究者們開始致力于革新靜電紡絲技術(shù)，以期可以制備出能夠使 細(xì)胞向三維方向生長的支架材料。如 WU 等2通過對動(dòng)態(tài)水流靜電紡絲技術(shù)的革新成功制備出疏松多孔、

16、利于細(xì)胞長入的納米紗支架材料。這種納米紗支架材料表現(xiàn)出了許多比傳統(tǒng)靜電紡絲制備的材料更加優(yōu) 異的性能。如今，這種支架材料已經(jīng)在多個(gè)組織工程的修復(fù)中得到了研究35，但是對于皮膚組織工程的 應(yīng)用，在國內(nèi)外鮮有報(bào)道。本文主要探究這種納米紗與傳統(tǒng)的納米纖維膜在皮膚修復(fù)中的對比情況，為 未來研究者在相關(guān)領(lǐng)域的研究提供借鑒。 膠原蛋白是一種天然高分子，廣泛存在于人體組織間，是細(xì)胞外基質(zhì)的重要組織成分之一。然而， 單一的膠原蛋白通過靜電紡絲制成的納米纖維膜由于質(zhì)脆6、力學(xué)強(qiáng)度低不適于應(yīng)用在皮膚修復(fù)。而 高分子聚合物聚（乳酸-己內(nèi)酯）具有良好的生物相容性、可降解性以及良好的生物力學(xué)性能7，但其 疏水性較強(qiáng)，不

17、利于細(xì)胞的粘附和增殖。因此，結(jié)合膠原蛋白與聚（乳酸-己內(nèi)酯）可以彌補(bǔ)相互的不 足，既滿足了細(xì)胞生長所需要的良好的生物相容性，又提供了足夠的材料力學(xué)性能。而且，無論是膠 原蛋白還是聚（乳酸-己內(nèi)酯）都是可降解的生物材料，降解產(chǎn)物對組織細(xì)胞無毒性，是理想的生物醫(yī) 用材料8。 本文基于靜電紡絲制備的支架材料在組織工程領(lǐng)域的應(yīng)用，首先探究動(dòng)態(tài)水流靜電紡絲制備的納米 紗與傳統(tǒng)靜電紡絲制備的納米纖維性能上的對比；其次，探究在細(xì)胞水平上二者的差異；最后，研究在 動(dòng)物體內(nèi)對皮膚的修復(fù)效果的不同。 正文： 1 實(shí)驗(yàn)部分 1.1 實(shí)驗(yàn)試劑 膠原蛋白，聚（乳酸-己內(nèi)酯）P(LLA-CL)，六氟 異丙醇（HFP），高

18、糖培養(yǎng)基（DMEM），青霉素-鏈霉素 （penicillin and streptomycin），胎牛血清（fetal bovine serum），磷酸緩沖溶液（PBS），噻唑藍(lán)（MTT），4',6二脒基-2-苯基吲哚（DAPI），羅丹明（rhodamine），HE 染色試劑盒（ThermoFisher），Masson 染色試劑盒 （ThermoFisher）。 1.2 納米纖維與納米紗的制備 配制 12%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的膠原蛋白、聚（乳酸-己內(nèi)酯） （以 25:75 的比例混合）。直流電壓 15 kV，接收距離 15 cm，紡絲液注射速率 1.0 mL/h，接收時(shí)間 5 h. 按照如 圖

19、1 所示的原理制備納米纖維膜。 以相同的紡絲溶液、紡絲參數(shù)，按照如圖 2所示的原理制備納米紗。簡單地說，人工制造了一個(gè)水 循環(huán)系統(tǒng)，在上方的水盆底部正中心開一個(gè) 8 mm 的圓孔，利用泵將下方水盆中的水抽到上方水盆中， 隨著上方水盆中的水位上升，盆內(nèi)逐漸形成漩渦，最上方電紡出的納米纖維落到水面，隨著渦旋不斷旋 圖 1 靜電紡絲制備納米纖維示意圖 Fig. 1 Schematic of electrospun nanofibers preparation Vol.9 No.17 September 2016 中國科技論文在線精品論文 1741 轉(zhuǎn)，相互纏繞，形成納米紗，由小圓孔流到下方的旋轉(zhuǎn)接收

20、裝置收 集源源不斷的納米紗。最后，冷凍干燥得到完整的納米紗支架。 1.3 SEM 形貌表征 將制備好的樣品切成小塊平整地粘貼在樣品臺(tái)上，在 10 kV，10 s 的參數(shù)下噴金處理，放置于 SEM 下觀察纖維的整體形貌。用 Image J 軟件對纖維直徑進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，選取 80 根均勻的纖維測量其纖維直徑。用 Origin 軟件統(tǒng)計(jì)纖維的直徑分布情況及平均直徑。 1.4 力學(xué)性能表征 使用 H5K-S 型HOUNSFIELD 萬能材料測試機(jī)（0.001N-500KG） 測試材料的力學(xué)性能。將樣品夾持長度設(shè)定為 30 mm，拉伸速度為 10 mm/min. 在溫度 22，濕度（RH）60%的條件下進(jìn)行

21、拉伸力學(xué)的 性能測試，得到應(yīng)力-應(yīng)變曲線，由 5 個(gè)平行樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線得出 拉伸強(qiáng)度和伸長率，最后進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理。 1.5 親水性能測試與降解實(shí)驗(yàn) 為研究兩種支架材料的親水性能，使用蒸餾水滴液法（OCA40， Dataphysics，Germany）測試。具體方法是，測試儀會(huì)自動(dòng)在平整的纖維表面滴入蒸餾水滴，觀察水滴在材 料上的親疏水狀況。水滴從形成、接觸材料表面、逐漸滲透進(jìn)材料內(nèi)部、到完全浸潤均由設(shè)備自帶的攝像功 能全程記錄。后期選取從接觸材料的一刻起 10 s 時(shí)水滴與材料形成的接觸角度作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。為保證準(zhǔn)確， 做3 次取平均值。 為研究兩種支架材料的降解速率，對其進(jìn)行體外降解實(shí)驗(yàn)。具

22、體方法如下：設(shè)定時(shí)間點(diǎn)為 1 個(gè)月、 2 個(gè)月、3 個(gè)月；每種支架設(shè)置 3 個(gè)平行樣品，3 個(gè)平行樣品均取相同質(zhì)量 M1（10 mg）；將樣品放入 15 mL 離心管內(nèi)，每個(gè)離心管內(nèi)加入 10 mL 的 PBS 緩沖液，放入 37恒溫振蕩箱內(nèi)；在每個(gè)時(shí)間點(diǎn)將樣品小心 取出經(jīng)80的冰箱冷凍 12 h 后，用真空干燥機(jī)干燥 12 h，再稱取干燥后的質(zhì)量 M2，然后計(jì)算每個(gè)樣品 的失重率，按算得的 3 個(gè)失重率計(jì)算每種支架的平均失重率。 1.6 支架材料的孔徑與孔隙率測試 利用孔徑測試儀（PMI Porous Materials，USA）測試不同支架材料的孔徑。利用乙醇體積法9測試 不同支架材料的孔

23、隙率。 1.7 MTT 法測量細(xì)胞增殖 為了解成纖維細(xì)胞（L929）在兩種支架材料上的增殖情況，使用 MTT 法進(jìn)行測試。具體做法：將 納米紗和納米纖維兩種支架打孔（直徑 1.5 cm 的圓形膜）、酒精熏蒸滅菌、紫外光照滅菌，無菌 PBS 和 培養(yǎng)基分別浸泡 2 h 放入 24 孔板待用。對照組使用圓形玻片；每孔加入 104個(gè)細(xì)胞，分別在 1，4，7 d 利用 MTT 法檢測細(xì)胞的增殖數(shù)量。檢測步驟如下：將細(xì)胞培養(yǎng)到設(shè)定的時(shí)間點(diǎn)，在避光條件下向每個(gè) 孔內(nèi)加入預(yù)熱的 50 µL MTT（5 g/L），放入 37培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng) 4 h，會(huì)產(chǎn)生紫色沉淀，然后把培養(yǎng)基吸出， 每孔加入 150

24、µL DMSO 震蕩 15 min，使其充分溶解形成紫色溶液，然后用移液槍吸取紫色溶液按照相 應(yīng)的順序加到 24 孔板中，每孔加 100 µL 用于吸光值測定，一般用酶標(biāo)儀在 492 nm 下檢測。 1.8 免疫熒光染色 為了解 L929 細(xì)胞在兩種支架材料上的鋪展情況，在第 3 天使用 DAPI 和羅丹明對細(xì)胞進(jìn)行免疫熒光 雙染色實(shí)驗(yàn)。具體步驟：將孔板中用于染色的孔吸去培養(yǎng)基，用 PBS 洗 3 次，用 4%多聚甲醛/PBS 浸泡 固定細(xì)胞數(shù)小時(shí)，吸去溶液，然后使用 0.1%TritonX-100/PBS 溶液浸泡 10 min，PBS 洗滌 3 次，再加入 0.2%羅丹

25、明 200 µL 浸泡 20 min，之后 PBS 洗滌 3 次，再加入 DAPI（1:400）200 µL 浸泡 10 min；再用 PBS 洗 3 次。用熒光顯微鏡觀察。 1.9 動(dòng)物實(shí)驗(yàn) 為探究兩種支架材料對皮膚組織的修復(fù)情況，選取3周齡的SD大鼠，將老鼠背部的皮膚剪出直徑2 cm 左右的圓形缺損，將兩種材料小心縫合在老鼠背部的缺損處。觀察 4 周，并做免疫組化測試（包括皮膚 組織的 HE 染色及 Masson 染色） 。 結(jié)論：由圖 3 可以直觀地發(fā)現(xiàn)，納米紗的纖維直徑要遠(yuǎn)大于納米纖維的直徑，這是由于納米紗是由若干根 納米纖維相互纏繞形成。此外，納米紗之間會(huì)有些許的

26、納米纖維穿插其中，這種結(jié)構(gòu)可以增加納米紗的比 表面積，有利于細(xì)胞的粘附與增殖。由于動(dòng)態(tài)水流靜電紡絲的紡絲特點(diǎn)，納米紗具有一定的取向度，這會(huì) 在一定程度上引導(dǎo)細(xì)胞在支架上的延展與遷移。納米纖維由于是平板接收，纖維分布成無序狀，纖維光滑， 粗細(xì)比較均勻，這與納米紗形成鮮明對比；納米紗每一根纖維由若干根納米纖維纏繞而成，因此纖維粗細(xì) 差異較大，纖維表面也不光滑，孔隙較多，這有利于增加細(xì)胞粘附的著落點(diǎn)，可以幫助細(xì)胞迅速粘附。 2.2 力學(xué)性能分析 力學(xué)性能是衡量支架材料的重要性能之一10。一般情況 下，皮膚組織是強(qiáng)度比較高的結(jié)構(gòu)，由圖 4 可以看出，納米紗 的應(yīng)力大于納米纖維的應(yīng)力（由于納米紗具有一定

27、的取向度， 這里只研究其纖維伸展方向的力學(xué)性能），這是由于納米紗的 取向度導(dǎo)致纖維大部分都向一個(gè)方向延伸，因此應(yīng)力大于無規(guī) 則的納米纖維支架；而納米紗應(yīng)變則小于納米纖維，這也是由 于納米紗的取向度導(dǎo)致纖維的應(yīng)力強(qiáng)度變大，應(yīng)變則變小。從 兩條曲線的斜率（代表?xiàng)钍夏Ａ浚┛梢钥闯?，納米紗的斜率大 于納米纖維的斜率，說明納米紗的綜合力學(xué)性能要優(yōu)于納米纖 維，而且更適于用作皮膚組織工程。 2.3 親水性分析 材料的親水性由材料的水接觸角直接反映。材料表面的親 疏水性影響著細(xì)胞的增值、粘附、遷移等11。如圖 5 所示，納 米紗的水接觸角小于納米纖維。這說明納米紗比納米纖維更加 親水。這是由于納米紗的孔徑更

28、大，水更容易滲入到纖維內(nèi)部。 親疏水性也間接影響著材料的降解速率12。表 1 為兩種 支架 13 個(gè)月的降解失重率數(shù)據(jù)，納米紗的失重率略微高于 納米纖維，也就是說納米紗的降解速率快于納米纖維。雖然 兩種支架都是同一種材料，但是二者的親疏水性卻有著明顯 的差異。在組織工程的修復(fù)中，理想的支架材料是能夠在組 織完成修復(fù)的同時(shí)被體內(nèi)分解代謝成無害的成分，因此材料 良好的可降解性能是組織修復(fù)中的首選。同一種材料制備的納米紗與納米纖維相比，納米紗的孔隙率較 大，水溶液更容易進(jìn)入支架內(nèi)部，與水的接觸面積更大，因此降解速率更快一點(diǎn)。 研究首先通過對納米紗及納米纖維支架材料性能表征，對比了二者的纖維直徑、力學(xué)

29、性能、親疏 水性、降解速率以及孔徑和孔隙率。結(jié)果顯示：納米紗的纖維直徑、取向方向的力學(xué)性能均大于納 米纖維，而且納米紗的親水性也強(qiáng)于納米纖維，降解速率也略快于納米纖維，同時(shí)也具有更大的孔 徑和更高的孔隙率，這些條件使納米紗更利于細(xì)胞的增殖、向材料內(nèi)部長入，更有利于新生組織形 成。其次，在體內(nèi)、外對兩種支架材料進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)無論是體外的細(xì)胞毒性，還是體內(nèi)的皮膚組 織修復(fù)，納米紗都表現(xiàn)出了優(yōu)于納米纖維的屬性，證明這種納米紗支架材料在皮膚組織的應(yīng)用中具 有巨大潛力。 參考文獻(xiàn)：（參考文獻(xiàn)不少于5篇）1 ZHENG F Y, WANG S G, SHEN M W, et al. Antitumor efficacy of doxorubicin-loaded elec