以幾丁聚醣為主的多成分複合電紡纖維之製備及其特性探討與骨分化之應用

Preparation of Chitosan-based Electrospun Nanofibers: Their Characterization and Application in Osteogenic Differentiation

蔡睿逸(Ruei-Yi Tsai)

指導教授 ： 謝學真

國立臺灣大學/工學院/化學工程學研究所/博士(2014年)

https://doi.org/10.6342/NTU.2014.10184

摘要

本研究以靜電紡絲技術製備以幾丁聚醣為主的複合奈米纖維，在製備此多成分複合溶液時，採用醋酸水溶液做為溶劑，取代常用的高毒性、高腐蝕性的三氟乙酸與六氟異丙醇。在研究中探討最適宜的溶液組成及電紡參數，分析纖維基材的顯微結構、機械強度、熱性質、水相中穩定度等特性，最後以幹細胞培養於纖維基材表面進行細胞相容性及骨分化測試，以評估此基材在組織工程相關應用的潛力。
首先以不同濃度醋酸作為溶劑，搭配不同比例的聚乙烯醇，觀察醋酸濃度與聚乙烯醇含量對以靜電紡絲技術收集幾丁聚醣複合纖維的影響。研究結果發現加入幾丁聚醣等高分子後，低濃度醋酸會使幾丁聚醣分子質子化，提高溶液導電度，但醋酸濃度過高時，反而導致複合溶液導電度隨醋酸含量增加而逐漸降低，至於黏度則隨醋酸含量增加呈現先下降後上升的趨勢。以電顯照片與實際操作發現，生物高分子與聚乙烯醇比例各佔一半時，此組成最有利於靜電紡絲。經過戊二醛蒸氣交聯後的纖維基材，水相中穩定度與機械強度均有所提昇。
其次，有鑑於上述複合纖維中聚乙烯醇含量高達一半，卻因溶液整體黏度關係無法改善，因此在溶液中添加少量分散劑以降低溶液黏度，進而可增加幾丁聚醣等生物高分子的用量，發現在低濃度醋酸溶液中，只要添加高分子總量約10%的聚乙烯醇即可以長時間穩定收集複合纖維。此新穎纖維基材經過戊二醛蒸氣交聯後，水相中穩定性與機械強度亦隨交聯時間增加而有所提昇。熱性質分析顯示此複合纖維高分子分佈均勻、結晶性低，但含有少量的束縛水於結構中。通透度測試顯示BSA的通透度並不高。
為了應用於組織工程，最後培養間葉幹細胞於不同表面型態的基材上，觀察細胞增殖速率及骨分化能力。研究結果發現幹細胞在纖維基材上增殖速度快(細胞密度接近TCPS表面)，且在受到骨誘導刺激下能持續表現高ALP活性，在分化14天起亦有明顯之礦化現象發生，且骨母細胞相關基因表現量明顯增加，均顯示幹細胞在纖維基材上具有優良的細胞增殖與骨分化能力。
綜而言之，此新穎的多成分複合奈米纖維經戊二醛蒸氣交聯後具有一定機械強度及高穩定性，堆疊緊密類似於人體胞外間質型態，且擁有高細胞相容性及骨分化能力，適合作為幹細胞進行長時間骨分化的培養基材，因此頗具有在組織工程應用的潛力。

關鍵字

幾丁聚醣 ； 靜電紡絲 ； 機械強度 ； 細胞相容性 ； 骨分化

並列摘要

無資料

並列關鍵字

chitosan ； electrospinning ； mechanical stress ； cytocompatibility ； osteogenesis

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