天然多糖基改性纤维素纳米纤维膜的制备及其功能特性

来源 :华中农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:solarshu
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近年来,静电纺纳米纤维由于其具有的超细纤维直径、高比表面积、高孔隙率、3D结构等诸多特点备受关注,并开始逐渐被广泛应用于药物缓释、组织工程等诸多领域。本文主要研究了基于纤维素、壳聚糖及其衍生物、海藻酸钠这四种天然多糖的纳米纤维复合膜的结构及其细胞相容性和生物活性。有机累托石作为类似于蒙脱土的有机改性层状硅酸盐,被成功引入到层层自组装结构的纤维复合膜中加以研究。采用静电纺丝法(Electrospinning),高分子-层状硅酸盐溶液插层法和层层自组装法(Layer-by-layer self-assembly, LBL)制备壳聚糖季铵盐/有机累托石纳米复合纤维膜,然后利用多项手段系统表征了静电纺纳米纤维膜和层层自组装结构复合纤维膜的拓扑结构、物理化学性质,并进一步将其应用于肿瘤细胞体外培养试验中探究其生物相容性与肿瘤细胞效果等生物活性,旨在为开发新型肿瘤临床治疗的功能化生物材料提供理论依据。课题主要研究结果如下:1.成功制备了具有不同组装层数与最外层组分的壳聚糖季铵盐-有机累托石/海藻酸钠改性纳米纤维膜,通过利用红外(FT-IR). Zeta电势测定仪(Nano-Z)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、X-射线衍射(XRD)、X射线多功能电子能谱(XPS)等手段对静电纺纳米纤维膜和层层自组装结构复合纤维膜的拓扑结构和物理化学性质进行表征,从纤维直径实验结果确定(HTCC-OREC/ALG)n改性纤维直径随组装层数增加从433nm增加至608nm,XRD和XPS结果显示表面改性成功,且组装成分HTCC和OREC之间存在相互作用并均成功组装至膜表面;2.采用正常张氏肝细胞(CCL-13 cells)和肝癌细胞(SMMC-7721 cells)进行细胞培养实验,通过MTT毒性试验、扫描电镜(SEM)与倒向荧光显微镜(IFM)研究了其细胞毒性、生物相容性与肿瘤细胞抑制效果等生物活性,MTT毒性试验显示材料对于CCL-13细胞无明显毒性作用但对SMMC-7721细胞产生显著毒性,并证实制备的改性纤维膜材料对于肿瘤细胞的生长、伸展与增殖具有显著的抑制效果。为解决过氧化氢(H202)释放活性氧自由基(ROS)导致的氧化应激损伤的问题,本文还将过氧化氢酶(Catalase, CAT)这一氧化还原酶通过层层自组装的方式固定于静电纺纤维素纳米纤维膜上,并通过酶的特异性催化反应降低了过氧化氢对于人脐静脉内皮细胞(HUVEs)的氧化损伤,该固定化酶的纤维膜对于过氧化氢诱导损伤的细胞的保护作用可为减轻ROS氧化损伤以及在医学领域的应用提供科学依据。主要研究结果如下:1.采用静电纺丝法与层层自组装法实现过氧化氢酶的固定化,并采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM).X射线多功能电子能谱(XPS)等表征手段研究了纤维膜的纤维形貌与结构,确定壳聚糖与过氧化氢酶成功组装至膜表面,并根据紫外-可见分光光度计测定得到的结果对纤维膜上的载酶量与酶活进行定量分析;2.分别运用MTT实验、乳酸脱氢酶(LDH)实验探究了过氧化氢的细胞毒性与对细胞膜损伤,并结合流式细胞仪(Flow cytometry, FCM)、扫描电镜(SEM)与透射电子显微镜(TEM)观察进一步说明过氧化氢诱导细胞凋亡的机制,并证实固定化过氧化氢酶的纤维膜对于过氧化氢诱导细胞损伤的显著改善作用。
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