天然丝素纤维增强胶原基角膜修复材料的制备及其力学性能研究

目的胶原蛋白作为天然角膜细胞外基质的主要成分,是组织工程角膜修复的首选原材料。目前常见的胶原基支架材料在临床移植手术中常因无法满足手术缝合的剪切过程而导致移植失败。因此,本研究希望能够通过在胶原基材料中引入天然丝素来改善其力学性能。方法首先,配置6.5 mg/m L的胶原蛋白(Col)溶液,并从丝纤维中提取丝素蛋白(SF)溶液;控制复合体系中的Col∶SF=100∶3;接下来,向溶液中加入一定浓度的EDC/NHS,使得EDC∶NHS∶Col三者质量比为1∶1∶6。待混合溶液在4℃条件下搅拌充分反应5 h后,除去混合溶液中的气泡,最后将溶液转移至模具中风干成膜,制备得到丝素蛋白复合胶原基薄膜。结果通过力学拉伸试验测定Col膜和Col-SF复合膜材料的力学性能,结果表明,两种薄膜材料的极限抗张强度分别为7.20±0.9 MPa和9.71±0.14 MPa,添加了丝素纤维的胶原基材料(Col-SF)的抗张强度明显高于纯胶原材料(Col)。同时,Col膜和Col-SF膜的断裂伸长率分别为45.1±0.7%和49.5±0.7%,两者之间没有显著的差异。结论本研究制备得到的Col-SF薄膜具有良好的机械性能,天然丝素纤维可以作为调节胶原基材料物理性质和增强其机械强度的一种合适选择。除此之外,Col-SF还具有良好的吸水性和降解性等理化性能,满足作为角膜修复材料的基本要求。

不同交联方法构建的胶原基支架及其性能表征

分别采用1-乙基-(3-二甲氨基丙基)碳酰二亚胺(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)交联法、甲基丙烯酸酐(MA)修饰光聚合交联法和苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基磷酸锂(LAP)光交联法制备了3种胶原基支架材料,并对其微观结构、理化性能和生物学性能进行了评价。结果表明:这3种交联法制备的胶原基支架材料的孔洞结构具有显著差异,其孔径范围均为50~250μm,符合组织修复材料对孔径的需求。此外,通过MA复合光交联所得的胶原基支架材料(Col-MA),其抗压强度可达2.17 MPa,满足组织工程理想支架材料对力学性能的基本要求。生物相容性实验结果表明,这3种支架材料均能够为细胞生长提供合适的空间以及供应足够的营养物质。