多伦多大学材料工程系的科研内容和方向

去年暑期在走访加拿大多伦多大学期间，就有关如何提升高校科学研究水平和拓展研究视野等进行了调研。现将2004年秋季该校应用科学学院材料科学与工程系教师们的学术研究领域、内容及联系方式提供如下，仅供有关学科人员参考。

组织工程支架材料在脊髓损伤修复中的应用

背景:脊髓损伤最初往往会导致细胞和组织的不断丢失,组织工程支架可以模拟细胞外基质的生理状态,从而有利于细胞的黏附、迁移、扩增和分化。目的:总结近年来组织工程支架材料联合细胞和/或细胞因子修复脊髓损伤的新进展。方法:应用计算机检索PubMed、OvidMedline及CBM数据库中2000-10/2010-10与组织工程支架材料修复脊髓损伤相关的文章。结果与结论:组织工程材料治疗脊髓损伤需要3因素:种子细胞、组织工程支架、细胞因子。组织工程支架对于损伤脊髓断端起到桥接作用,而种植于材料的种子细胞和/或细胞因子可以促进神经轴突的生长和迁移。可用于组织工程支架的材料可分为天然材料和人工合成材料,包括胶原、壳聚糖、琼脂糖/藻酸盐、聚乳酸、纤连蛋白、聚羟基乙酸/聚乳酸、聚β羟丁酸等,动物实验已经取得一些成果,显示组织工程支架材料联合细胞移植修复效果更好,但临床上目前尚无开展组织工程支架材料修复脊髓损伤的研究。

建设"挑战杯工程"提高大学生的科技素质与创新能力

本文以组织参加"挑战杯"为龙头,深入进行调查研究,努力把握高校人才培养的规律;对学生加强引导,对大学生科协等组织规范管理,积极营造良好的校园文化氛围,努力构建具有创新、立体式的第二课堂培养模式,全方位提高大学生的科技文化素质与创新能力。

丝素蛋白材料与皮肤组织工程支架

丝素蛋白具有良好的生物相容性,对机体无毒性,无致敏和刺激作用,又可部分生物降解,其降解产物本身不仅对组织无毒副作用,还对如皮肤、牙周组织等有营养与修复的作用,上述性质决定了丝素蛋白材料是一种优秀的生物材料。本文从皮肤组织工程支架材料应具备的性质入手,分析了丝素蛋白材料适用于皮肤组织工程支架材料的原因。

羟基磷灰石/丝素蛋白复合材料的制备

以蚕丝丝素蛋白(SF)作为羟基磷灰石(HA)沉积的模板,制备HA/SF复合粉末,用扫描电镜(SEM)、热重分析(TGA)、X射线衍射(XRD)和傅立叶变换红外光谱(FT-IR)对复合粉末进行分析和鉴定。结果表明,合成产物是HA/SF复合物,其平均粒径约为275.7 nm,其中丝素蛋白含量为17.8%(质量分数)。复合粉末经等静压成型后能够制得弯曲和压缩强度分别为19.87 M Pa和28.65 M Pa的HA/SF复合材料,以N aC l为致孔剂能够制得平均孔径约为61μm、孔隙率为40%的多孔HA/SF复合材料。

二茂铁衍生物-钼磷酸杂化材料的合成与性质

本文采用固相反应法合成一种新型有机 无机杂化材料 ,乙酰二茂铁 多金属氧酸盐混合价化合物[Fe(C5H5) 2 COCH3]3HPMo1 2 O4 0 ·C2 H6 O ,用元素分析、ICP、AAS、IR、XRD、UV、TG、ESR等进行表征 ,确定了该化合物的组成和结构 ,测定其磁性和导电性。结果表明 ,反应过程中 ,乙酰二茂铁与杂多阴离子之间发生了电荷转移 ,杂多阴离子部分还原 ,生成了混合价化合物的杂化材料 ;铁磁性质及导电性质测定结果表明 ,该材料为弱铁磁体和弱的半导体材料。

多孔丝素材料的结构与性能研究

用CaCl2·CH3CH2OH·H2O三元溶剂溶解蚕丝丝素,通过对丝素溶液冷冻之后的状态,以及冷冻干燥后丝素结构和性质的测试和分析,指出来用冷冻干燥法制备再生蚕丝丝素多孔材料时,若冷冻温度低于-20℃,则丝素的结构以无定型为主,含少量的SilkⅡ;若冷冻温度高于-20℃,则又增加了较多的Silk Ⅰ。采用冷冻干燥法可以制得平均孔径为10～3mμm、孔密度为1～2000个/mm2、孔隙率为35％～70％的多孔丝素材料。通过调节冷冻温度和丝素溶液质量分数,达到控制多孔丝素材料的上述形态结构、聚集态结构和透湿性、压缩性、强度、伸长率等物理性能的目的是可能的。将快速冷冻的丝素水溶液真空干燥之前,进行反复解冻—冷冻,则所制得的多孔丝素材料的孔径增大、孔密度减小;同时其压缩率和透湿性有所提高,拉伸断裂强度和在热水中的溶失率下降。

丝素蛋白材料细胞相容性的研究

目的 :研究再生丝素膜对大鼠真皮细胞生长和细胞遗传学的影响。方法 :采用静置贴壁培养法在再生丝素膜上培养大鼠真皮细胞 ,并用活细胞计数法和常规染色体检测技术 ,观察再生丝素膜对细胞生长和染色体的影响。结果 :再生丝素膜能支持细胞正常生长 ,呈现正常的生长繁殖曲线且染色体的形态和数目正常。结论 :再生丝素膜对大鼠真皮细胞具有良好的细胞相容性。

几种丝素材料细胞毒性的实验研究

目的:研究不同交联方式的再生丝素膜(WL组,SD组,HY组)的细胞毒性及其影响细胞增殖的因素。方法:采用浸提液法,体外培养鼠胚真皮层纤维细胞,用MTT法检测细胞增殖活力和计算相对增殖率。结果:WL组,SD组再生丝素膜细胞毒性小于1级,有较强的增殖活力;HY组再生丝素细胞毒性0～2级;而用高浓度环氧交联剂交联的再生丝素膜对细胞生长有一定抑制作用;且随着环氧交联剂浓度的增加,细胞毒性增大。结论:WL组和SD组再生丝素膜无细胞毒性,HY组再生丝素膜无明显的细胞毒性,高浓度环氧剂交联的再生丝素膜对细胞有一定的毒性,有待于进一步改性。

非线性吸收激光光限幅材料研究进展

介绍了基于非线性吸收原理的新型光限幅材料及其研究进展。主要是反饱和吸收机制和双光子吸收机制的材料。

静电纺丝制备超细纤维复合材料

主要探讨了固化距离、纺丝电压对聚乙烯醇和淀粉、聚乙烯醇和壳聚糖共混液静电纺丝的影响,并尝试了多喷头静电纺丝制备超细长纤维复合材料。运用扫描电镜、红外光谱和差示扫描量热仪等对制得的超细复合材料的纤维形态、结构和力学性能进行研究,制得了纤维形貌与力学性能优异的、结构均匀的超细长纤维复合毡;多喷头电纺时,溶剂挥发影响着复合毡形态与性能。经过乙醇浸泡处理后,纯聚乙烯醇纳米纤维毡的结晶度和力学性能明显提高。

丝素蛋白／羟基磷灰石复合材料吸水率的测定及其在SD大鼠体内的降解

背景：羟基磷灰石降解缓慢、脆性大，而丝素蛋白机械强度差，将两者复合，可能克服单个材料的缺点。目的：测试不同规格丝素蛋白／羟基磷灰石（silk fibroin／hydroxyapatite，SF／HA）复合材料的吸水率和体内降解速率，为进一步的成骨实验提供依据。设计、时间及地点：随机对照的体内及体外实验，于2006-09／2007-06在苏州大学附属第一医院骨科研究所实验室完成。材料：4种规格SF／HA—1、SF／HA-2、SF／HA-3、SF／HA-4及普通羟基磷灰石，各材料的差别主要是丝素蛋白与羟基磷灰石组成比、致孔剂量及添加剂量不同。方法：测定4种SF／HA复合材料和羟基磷灰石在0．5，2，6，12及24h不同时间点的吸水率。将4种SF／HA复合材料植入SD大鼠背部皮下，进行体内降解观察，以羟基磷灰石为对照组。主要观察指标：各材料的吸水率；大体及组织学检查观察材料植入SD大鼠背部后不同时间点的降解情况。结果：各材料吸水率趋势为SF／HA-3和SF/HA-4〉SF/HA-2及SF／HA-1〉羟基磷灰石；同一材料吸水率随时间延长变化不明显。羟基磷灰石、SF／HA-1及SF／HA-2降解十分缓慢或基本不能降解：SF／HA-3于20-24周降解完毕；SF／HA-4于12～16周降解完毕；各种材料周围组织未见明显变性坏死等。结论：丝素蛋白能改善羟基磷灰石的理化性能，并可调控SF／HA的降解速率，SF／HA复合材料具有良好的组织相容性，有望成为一种新的骨修复替代材料。

Kevlar增强新型制动摩擦材料研究

研制了以少量Kevlar纤维与蛭石增强的摩擦制动材料 ,重点解决了Kevlar纤维的分散混料问题 ,分析了此新型摩擦材料的摩擦磨损机理。性能研究表明 ,此摩擦材料具有优良摩擦磨损性能 ,足够的强度以及适宜的硬度 ,且成本低 ,是适合我国开发应用的新型高性能摩擦材料。

聚合物基自修复复合材料的研究进展

主要介绍了微胶囊、液芯纤维等不同类型的聚合物基自修复复合材料的制备方法及自修复的基本原理,总结了微胶囊、液芯纤维在聚合物基自修复复合材料中的应用及研究进展,探讨了目前聚合物基自修复复合材料研究中存在的一些难点,最后就自修复材料的发展趋势提出了几点建议。

Ni_2O_3,Cr_2O_3掺杂Fe-Mn-Co-Cu体系红外辐射材料的合成与表征

用常规固相合成法成功地制备出Ni^3＋和Cr^3＋掺杂的尖晶石型材料,并通过XRD,IR光谱和红外辐射仪测试了材料的微观结构,分析了材料的结构特征与红外辐射性能的关系,发现Ni^3＋和Cr^3＋的掺杂导致Ni^3＋和Cr^3＋分别以一定的配位形式进入体系中,并形成了（□,Fe）（□,Mn）2O4型尖晶石结构,数据分析可知,体系在全波段的积分辐射率为0.93,在〈8μm波段样品具有较低的平均辐射率值为0.79,而在8～25μm波段的平均辐射率最高值可达0.97。

蚕丝生物材料

综述了国外蚕丝纤维用于缝合材料时在体内和体外的生物相容性、异体反应、降解性能,以及在组织工程支架方面的应用情况。

蚕丝蛋白材料对鼠胚表皮细胞毒性的实验研究

目的研究不同蚕丝蛋白材料对鼠胚表皮细胞的毒性及其影响细胞增殖的因素.方法采用组织块培养法体外原代培养鼠胚表皮细胞,用直接接触法和浸提液法体外培养鼠胚表皮细胞,MTT比色法检测其在不同蚕丝蛋白材料上的增殖活力和细胞相对增殖率,进行毒性分析;并用活细胞计数法观察不同蚕丝蛋白材料对鼠胚表皮细胞生长的影响.结果鼠胚表皮细胞在1、2、4、5、7、8、10号各型蚕丝蛋白材料上生长,其增殖活力与细胞对照组相当(P＞0.05);在3、6、9号化学交联或HY-823交联型蚕丝蛋白材料上生长,其增殖活力均低于细胞对照组(P＜0.05);而在11号蚕丝蛋白材料其增殖活力显著低于细胞对照组(P＜0.01).1、7号丝胶材料细胞毒性分级为0级(无毒),2、3、4、5、6、8、9、10号各型蚕丝蛋白材料细胞毒性分级为1级(轻微毒),而11号蚕丝蛋白材料细胞毒性分级为2级(中度毒).活细胞计数结果与MTT检测结果基本相一致.结论除11号蚕丝蛋白材料外,1～10号各型蚕丝蛋白材料无明显细胞毒性,能支持鼠胚表皮细胞正常生长,具有良好的细胞相容性.

1-2-3型摩擦制动复合材料的研究

针对近年来摩擦制动材料的发展要求 ,选用 2维的片状蛭石与 1维的 Kevlar纤维混杂作为增强体 ,在配方及工艺研究的基础上 ,成功地研制出 1 - 2 - 3型复合增强摩擦材料。其性能及机理研究表明 :此摩擦材料力学性能高 ,摩擦性能稳定 ,特别是高温磨损小 ,是一种具有广阔发展前景的摩擦制动材料。

Sm^3＋掺杂Co0．6Zn0．4Ni0．8Fe1．2O4红外辐射陶瓷材料的研究

用常规固相合成法成功地制备出Sm^(3+)掺杂Co_(0.6)Zn_(0.4)Ni_(0.8)Fe_(1.2)O_4红外辐射陶瓷材料,并通过XRD、FT-IR和IRE-2型红外发射率测量仪测试了材料的微观结构,分析了材料的结构特征与红外辐射性能的关系,发现Sm^(3+)的掺杂导致Sm^(3+)以一定的配位形式进入Co_(0.6)Zn_(0.4)Ni_(0.8)Fe_(1.2)O_4体系中,并形成了有限置换型固溶体结构。数据分析可知,Sm^(3+)掺杂浓度对材料的红外辐射性能存在一定的影响,样品Sm0.1在全波段的积分发射率为0.74,而在>8μm波段的平均发射率最高值可达0.94。