组织工程支架用丝素蛋白纳米纤维膜的设计与分析

The compatibility, spinability, crystallinity and component interaction of silk fibroin/polycaprolactone (SF/PCL) blends with different blending ratios are studied. The micro/nano scale morphological structure of composite nanofibers with different blending ratios and the adjusting and controling regularity of composite nanofibrous membrane structure are elucidated. The tensile deformation and failure mechanism of single composite nanofiber under uniaxial stretching and composite nanofibrous membrane scaffolds under uniaxial and biaxial stretching are given. The relationship between preparation and mechanical properties of SF/PCL blending composite nanofibers and their membranes are demonstrated. On the above basis, We construct some constitutive models of blending composite nanofibrous membrane scaffolds under comprehensively considering mechanical properties of blending composite nanofibers and structure characteristic of blending composite nanofibrous membrane scaffolds in connection with SF/PCL blending composite nanofibrous membranes constructed with dense fibrous network, and make an accurate prediction for mechanical properties of global nanofibrous membrane scaffold. The research work will lay a foundation for the optimization and controllable preparation of silk fibroin nanofibrous tissue engineering scaffolds, and will provide a theoretical and experimental basis for the research and development of tissue engineering cells growth scaffolds with practical value. So the establishment of project is of great significance to the promotion of silk fibroin in tissue engineering applications.

研究不同共混比丝素蛋白/聚己内酯共混体系的相容性、可纺性、结晶行为及相互影响；弄清不同共混比复合纳米纤维微纳尺度织态结构及复合纳米纤维膜支架结构的调控规律；探明单根共混复合纳米纤维以及复合纳米纤维膜支架单、双轴向拉伸变形过程与失效机理；阐明丝素蛋白/聚己内酯共混复合纳米纤维及其膜支架的制备与材料力学性能之间的关系。在此基础上，针对丝素蛋白/聚己内酯共混复合纳米纤维膜是由密集的纤维网络构成的这一结构特征，综合考虑共混复合纳米纤维力学性能、共混复合纳米纤维膜支架的结构特征，建立共混复合纳米纤维膜支架材料的本构模型，对整体支架的力学性能做出准确的预测，为丝素蛋白纳米纤维组织工程细胞生长支架的优化和可控制备奠定基础。该研究将为对具有实际使用价值的丝素蛋白纳米纤维组织工程细胞支架的研究与开发提供理论和实验的依据，对于推动丝素蛋白在组织工程中的应用具有重要意义。

从组成组织工程支架的纤维到整体的纳米纤维膜支架，它们的力学性能都有特定要求，要实现理想的细胞支架构建，在对纤维结构和性能实现调控的同时，也要对整体支架的力学性能进行调控，因此需要建立纳米纤维膜支架的本构模型，对整体支架的力学性能做出准确的预测。.本项目在丝素蛋白（SF）与聚己内酯（PCL）单一组分纳米纤维制备及性能研究的基础上，①研究了SF/PCL复合纳米纤维及其膜的制备及结构与性能，并对以甲酸为溶剂时，SF/PCL纺丝液相分离现象进行了研究；②研究了纳米羟基磷灰石(nHA)/丝素蛋白/聚己内酯复合纳米纤维支架的制备及结构与性能；③ 研究了皮-芯结构纳米羟基磷灰石/丝素蛋白-聚己内酯复合纳米纤维支架的制备及结构性能，对于芯层采用单一聚己内酯和多壁碳纳米管增强聚己内酯两种情况进行了考察；④研究了具有沟壑结构的聚乳酸(PLA)/聚己内酯纳米纤维的制备及其形成机理；⑤研究了三维大孔静电纺丝SF/PCL复合纳米纤维膜的制备及结构与性能；⑥研究了静电纺取向排列SF/PCL复合纳米纤维膜双轴拉伸力学性能和静电纺无规取向SF/PCL复合纳米纤维膜在双轴不同拉伸速率下的力学性能；⑦采用Agilent T150 UTM纳米拉伸测试系统对静电纺单根纳米纤维力学性能进行了拉伸测试，并进行了分析研究；⑧在单根纳米纤维力学性能测试研究的基础上，研究了静电纺丝SF/PCL共混复合纳米纤维膜单轴拉伸力学性能建模和静电纺丝PCL纳米纤维膜双轴拉伸力学性能建模，模型能够模拟纳米纤维膜单轴拉伸和双轴拉伸过程，预测纳米纤维膜单轴拉伸和双轴拉伸力学响应行为。.该研究将为深入理解丝素蛋白共混体系的组成-结构-性能之间的关系和力学性能改变的机制，纳米纤维膜支架力学性能的预测，以及为具有实际使用价值的丝素蛋白纳米纤维组织工程细胞支架的研究与开发提供理论和实验的依据，对于推动丝素蛋白在组织工程中的应用具有重要意义。