曹旭阳-科技论文

1、作业题目 文献检索与科技论文写作班级： B机制165 学号：  1610101051      姓名：曹旭阳一、课题分析1、涉及技术领域：医学，力学，纳米。2、研究内容 项目主要技术要点：（简介本项目研究目的、技术方法、工艺路线、关键技术等，字数在200-300字之间）初步探索了胶原蛋白（collagen）/聚（乳酸-己内酯）P(LLA-CL)二元复合纳米纤维、纳米纱的纺丝制备工艺，应用扫描电子显微镜（scanning electron microscope，SEM）、力学性能测试、水接触角测试，分析观察纳米纤维、纳米纱的表观形貌并对比分析了其

2、亲水性和力学性能。在细胞增殖、免疫荧光和动物实验中重点探究了纳米纤维和纳米纱孔隙率、孔径对两种支架的组织修复性能影响。与纳米纤维相比，纳米纱不仅具有很好的力学性能及亲水性能，还具有利于细胞长入的大孔径及孔隙率。同时，两种支架的体外细胞毒性、体内皮肤组织修复等测试，均显示纳米纱优于纳米纤维支架。3、中英文关键词中文关键词：胶原蛋白；静电纺丝；纳米纱；胶原蛋白；聚（乳酸-己内酯） 英文关键词：biomedical engineering; biomedical engineering collagen; poly(lactic acid-caprolactone)4、中英文逻辑检索表达式（提供检索

3、表达式的组配方式不少于3种）：中文检索表达式：  主题=“生物医学工程学” 并含 “纳米纱”；                                                        主题=“胶原蛋白”；           

4、                                              关键字 =“胶原蛋白”或含“纳米纱”并含“静电纺丝” ；                              

5、                        英文检索表达式： subject=“biomedical engineering”and“biomedical engineering” ；  subject=“engineering”；                                

6、           keywords=“Chip microcomputer” or“AT89S52”and“Digital calendar”二、选择检索工具并检索、记录、整理检索结果1、中国知网之中国学术期刊全文数据库（检索时间范围：2006-2015）检索过程：采用检索表达式，检索结果     45  篇；采用检索表达式，检索结果     10  篇；采用检索表达式，检索结果   

7、0;  0 篇；检索分析：通过检索结果的比较和分析，该课题的最终检索表达式为：      ，检索结果为    2   篇文献（10篇之内）。 2、 中国优秀硕士/博士论文全文数据库（检索时间范围：2006-2015）检索过程：采用检索表达式，检索结果     64 篇采用检索表达式，检索结果     24 篇采用检索表达式，检索结果   

8、  5   篇检索分析：通过检索结果的比较和分析，该课题的最终检索表达式为：      ，检索结果为    7   篇文献（10篇之内）。   3、爱思唯尔英文期刊全文数据库（Elsevier SD）（检索时间范围：2006-2015）检索过程：采用检索表达式，检索结果    21   篇采用检索表达式，检索结果    5   

9、篇采用检索表达式，检索结果    3    篇检索分析：通过检索结果的比较和分析，该课题的最终检索表达式为：      ，检索结果为       篇文献（10篇之内）。三、根据所检索文献，撰写文献综述如下（包括国内外研究现状、存在的问题、已有的解决方案及课题拟研究的方向等，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 曹旭阳（.盐城工学院机械优集学院，盐城 201620） 摘要：初步探索了胶原蛋白（collagen）/聚（乳酸-己内酯）P(LLA-CL)二元复合纳米纤维、纳米纱的纺丝制备工艺，应用扫描电子显微镜（scanning electron microscope，SEM）、力学性能测试、水接触角测试，分析观察纳米纤维、纳米纱的表观形貌并对比分析了其亲水性和力学性能。在细胞增殖、免疫荧光和动物实验中重点探究了纳米纤维和纳米纱孔隙率、孔径对两种支架的组织修复

11、性能影响。与纳米纤维相比，纳米纱不仅具有很好的力学性能及亲水性能，还具有利于细胞长入的大孔径及孔隙率。同时，两种支架的体外细胞毒性、体内皮肤组织修复等测试，均显示纳米纱优于纳米纤维支架。关键词：生物医学工程学；静电纺丝；纳米纱；胶原蛋白；聚（乳酸-己内酯）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）：静电纺丝制备的生物材料由于具备比表面积大、孔隙率高、可以仿生天然细胞外基质等优异的性能，在组织工程与再生医学领域受到了越来越多的关注1。传统静电纺丝技术制备的纳米纤维膜虽然能够适 合细胞的生长与粘附，可以达到修复组织的效果，但是由于其孔径狭小，并不适合细胞向支架材料内部 迁移，妨碍了组织修复的速度。于是，研究者们开始致力于革新静电纺丝技术，以期可以制备出能够使 细胞向三维方向生长的支架材料。如 WU 等2通过对动态水流静电纺丝技术的革新成功制备出疏松多孔、

16、利于细胞长入的纳米纱支架材料。这种纳米纱支架材料表现出了许多比传统静电纺丝制备的材料更加优 异的性能。如今，这种支架材料已经在多个组织工程的修复中得到了研究35，但是对于皮肤组织工程的 应用，在国内外鲜有报道。本文主要探究这种纳米纱与传统的纳米纤维膜在皮肤修复中的对比情况，为 未来研究者在相关领域的研究提供借鉴。 胶原蛋白是一种天然高分子，广泛存在于人体组织间，是细胞外基质的重要组织成分之一。然而， 单一的胶原蛋白通过静电纺丝制成的纳米纤维膜由于质脆6、力学强度低不适于应用在皮肤修复。而 高分子聚合物聚（乳酸-己内酯）具有良好的生物相容性、可降解性以及良好的生物力学性能7，但其 疏水性较强，不

17、利于细胞的粘附和增殖。因此，结合胶原蛋白与聚（乳酸-己内酯）可以弥补相互的不 足，既满足了细胞生长所需要的良好的生物相容性，又提供了足够的材料力学性能。而且，无论是胶 原蛋白还是聚（乳酸-己内酯）都是可降解的生物材料，降解产物对组织细胞无毒性，是理想的生物医 用材料8。 本文基于静电纺丝制备的支架材料在组织工程领域的应用，首先探究动态水流静电纺丝制备的纳米 纱与传统静电纺丝制备的纳米纤维性能上的对比；其次，探究在细胞水平上二者的差异；最后，研究在 动物体内对皮肤的修复效果的不同。 正文： 1 实验部分 1.1 实验试剂 胶原蛋白，聚（乳酸-己内酯）P(LLA-CL)，六氟 异丙醇（HFP），高

18、糖培养基（DMEM），青霉素-链霉素 （penicillin and streptomycin），胎牛血清（fetal bovine serum），磷酸缓冲溶液（PBS），噻唑蓝（MTT），4',6二脒基-2-苯基吲哚（DAPI），罗丹明（rhodamine），HE 染色试剂盒（ThermoFisher），Masson 染色试剂盒 （ThermoFisher）。 1.2 纳米纤维与纳米纱的制备 配制 12%质量分数的胶原蛋白、聚（乳酸-己内酯） （以 25:75 的比例混合）。直流电压 15 kV，接收距离 15 cm，纺丝液注射速率 1.0 mL/h，接收时间 5 h. 按照如 图

19、1 所示的原理制备纳米纤维膜。 以相同的纺丝溶液、纺丝参数，按照如图 2所示的原理制备纳米纱。简单地说，人工制造了一个水 循环系统，在上方的水盆底部正中心开一个 8 mm 的圆孔，利用泵将下方水盆中的水抽到上方水盆中， 随着上方水盆中的水位上升，盆内逐渐形成漩涡，最上方电纺出的纳米纤维落到水面，随着涡旋不断旋 图 1 静电纺丝制备纳米纤维示意图 Fig. 1 Schematic of electrospun nanofibers preparation Vol.9 No.17 September 2016 中国科技论文在线精品论文 1741 转，相互缠绕，形成纳米纱，由小圆孔流到下方的旋转接收

20、装置收 集源源不断的纳米纱。最后，冷冻干燥得到完整的纳米纱支架。 1.3 SEM 形貌表征 将制备好的样品切成小块平整地粘贴在样品台上，在 10 kV，10 s 的参数下喷金处理，放置于 SEM 下观察纤维的整体形貌。用 Image J 软件对纤维直径进行统计，选取 80 根均匀的纤维测量其纤维直径。用 Origin 软件统计纤维的直径分布情况及平均直径。 1.4 力学性能表征 使用 H5K-S 型HOUNSFIELD 万能材料测试机（0.001N-500KG） 测试材料的力学性能。将样品夹持长度设定为 30 mm，拉伸速度为 10 mm/min. 在温度 22，湿度（RH）60%的条件下进行

21、拉伸力学的 性能测试，得到应力-应变曲线，由 5 个平行样的应力-应变曲线得出 拉伸强度和伸长率，最后进行统计处理。 1.5 亲水性能测试与降解实验 为研究两种支架材料的亲水性能，使用蒸馏水滴液法（OCA40， Dataphysics，Germany）测试。具体方法是，测试仪会自动在平整的纤维表面滴入蒸馏水滴，观察水滴在材 料上的亲疏水状况。水滴从形成、接触材料表面、逐渐渗透进材料内部、到完全浸润均由设备自带的摄像功 能全程记录。后期选取从接触材料的一刻起 10 s 时水滴与材料形成的接触角度作为实验数据。为保证准确， 做3 次取平均值。 为研究两种支架材料的降解速率，对其进行体外降解实验。具

22、体方法如下：设定时间点为 1 个月、 2 个月、3 个月；每种支架设置 3 个平行样品，3 个平行样品均取相同质量 M1（10 mg）；将样品放入 15 mL 离心管内，每个离心管内加入 10 mL 的 PBS 缓冲液，放入 37恒温振荡箱内；在每个时间点将样品小心 取出经80的冰箱冷冻 12 h 后，用真空干燥机干燥 12 h，再称取干燥后的质量 M2，然后计算每个样品 的失重率，按算得的 3 个失重率计算每种支架的平均失重率。 1.6 支架材料的孔径与孔隙率测试 利用孔径测试仪（PMI Porous Materials，USA）测试不同支架材料的孔径。利用乙醇体积法9测试 不同支架材料的孔

23、隙率。 1.7 MTT 法测量细胞增殖 为了解成纤维细胞（L929）在两种支架材料上的增殖情况，使用 MTT 法进行测试。具体做法：将 纳米纱和纳米纤维两种支架打孔（直径 1.5 cm 的圆形膜）、酒精熏蒸灭菌、紫外光照灭菌，无菌 PBS 和 培养基分别浸泡 2 h 放入 24 孔板待用。对照组使用圆形玻片；每孔加入 104个细胞，分别在 1，4，7 d 利用 MTT 法检测细胞的增殖数量。检测步骤如下：将细胞培养到设定的时间点，在避光条件下向每个 孔内加入预热的 50 µL MTT（5 g/L），放入 37培养箱内培养 4 h，会产生紫色沉淀，然后把培养基吸出， 每孔加入 150

24、µL DMSO 震荡 15 min，使其充分溶解形成紫色溶液，然后用移液枪吸取紫色溶液按照相 应的顺序加到 24 孔板中，每孔加 100 µL 用于吸光值测定，一般用酶标仪在 492 nm 下检测。 1.8 免疫荧光染色 为了解 L929 细胞在两种支架材料上的铺展情况，在第 3 天使用 DAPI 和罗丹明对细胞进行免疫荧光 双染色实验。具体步骤：将孔板中用于染色的孔吸去培养基，用 PBS 洗 3 次，用 4%多聚甲醛/PBS 浸泡 固定细胞数小时，吸去溶液，然后使用 0.1%TritonX-100/PBS 溶液浸泡 10 min，PBS 洗涤 3 次，再加入 0.2%罗丹

25、明 200 µL 浸泡 20 min，之后 PBS 洗涤 3 次，再加入 DAPI（1:400）200 µL 浸泡 10 min；再用 PBS 洗 3 次。用荧光显微镜观察。 1.9 动物实验 为探究两种支架材料对皮肤组织的修复情况，选取3周龄的SD大鼠，将老鼠背部的皮肤剪出直径2 cm 左右的圆形缺损，将两种材料小心缝合在老鼠背部的缺损处。观察 4 周，并做免疫组化测试（包括皮肤 组织的 HE 染色及 Masson 染色） 。 结论：由图 3 可以直观地发现，纳米纱的纤维直径要远大于纳米纤维的直径，这是由于纳米纱是由若干根 纳米纤维相互缠绕形成。此外，纳米纱之间会有些许的

26、纳米纤维穿插其中，这种结构可以增加纳米纱的比 表面积，有利于细胞的粘附与增殖。由于动态水流静电纺丝的纺丝特点，纳米纱具有一定的取向度，这会 在一定程度上引导细胞在支架上的延展与迁移。纳米纤维由于是平板接收，纤维分布成无序状，纤维光滑， 粗细比较均匀，这与纳米纱形成鲜明对比；纳米纱每一根纤维由若干根纳米纤维缠绕而成，因此纤维粗细 差异较大，纤维表面也不光滑，孔隙较多，这有利于增加细胞粘附的着落点，可以帮助细胞迅速粘附。 2.2 力学性能分析 力学性能是衡量支架材料的重要性能之一10。一般情况 下，皮肤组织是强度比较高的结构，由图 4 可以看出，纳米纱 的应力大于纳米纤维的应力（由于纳米纱具有一定

27、的取向度， 这里只研究其纤维伸展方向的力学性能），这是由于纳米纱的 取向度导致纤维大部分都向一个方向延伸，因此应力大于无规 则的纳米纤维支架；而纳米纱应变则小于纳米纤维，这也是由 于纳米纱的取向度导致纤维的应力强度变大，应变则变小。从 两条曲线的斜率（代表杨氏模量）可以看出，纳米纱的斜率大 于纳米纤维的斜率，说明纳米纱的综合力学性能要优于纳米纤 维，而且更适于用作皮肤组织工程。 2.3 亲水性分析 材料的亲水性由材料的水接触角直接反映。材料表面的亲 疏水性影响着细胞的增值、粘附、迁移等11。如图 5 所示，纳 米纱的水接触角小于纳米纤维。这说明纳米纱比纳米纤维更加 亲水。这是由于纳米纱的孔径更

28、大，水更容易渗入到纤维内部。 亲疏水性也间接影响着材料的降解速率12。表 1 为两种 支架 13 个月的降解失重率数据，纳米纱的失重率略微高于 纳米纤维，也就是说纳米纱的降解速率快于纳米纤维。虽然 两种支架都是同一种材料，但是二者的亲疏水性却有着明显 的差异。在组织工程的修复中，理想的支架材料是能够在组 织完成修复的同时被体内分解代谢成无害的成分，因此材料 良好的可降解性能是组织修复中的首选。同一种材料制备的纳米纱与纳米纤维相比，纳米纱的孔隙率较 大，水溶液更容易进入支架内部，与水的接触面积更大，因此降解速率更快一点。 研究首先通过对纳米纱及纳米纤维支架材料性能表征，对比了二者的纤维直径、力学

29、性能、亲疏 水性、降解速率以及孔径和孔隙率。结果显示：纳米纱的纤维直径、取向方向的力学性能均大于纳 米纤维，而且纳米纱的亲水性也强于纳米纤维，降解速率也略快于纳米纤维，同时也具有更大的孔 径和更高的孔隙率，这些条件使纳米纱更利于细胞的增殖、向材料内部长入，更有利于新生组织形 成。其次，在体内、外对两种支架材料进行对比，发现无论是体外的细胞毒性，还是体内的皮肤组 织修复，纳米纱都表现出了优于纳米纤维的属性，证明这种纳米纱支架材料在皮肤组织的应用中具 有巨大潜力。 参考文献：（参考文献不少于5篇）1 ZHENG F Y, WANG S G, SHEN M W, et al. Antitumor efficacy of doxorubicin-loaded elec