用于制备可降解血管支架的角蛋白材料的研究

发布时间：2017-05-24 22:10

  本文关键词：用于制备可降解血管支架的角蛋白材料的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：与传统的金属裸支架和药物涂层支架相比，生物可降解血管支架，如生物可降解聚合物支架和生物可降解镁合金支架，具有广阔的潜在优势，引起了众多研究者的关注。但是，聚合物的机械性能不足和镁合金的降解速率过快及塑性变形能力差等特性已成为限制可降解支架发展的重要因素。角鞘角蛋白作为一种天然生物复合材料，由于其独特的分子结构和空间结构，使其具有良好的力学特性，如强度高，刚度大，断裂韧性大等。因此，本论文采用角鞘角蛋白材料作为基体材料，通过氧化改性制备可降解角蛋白冠状动脉血管支架，以期为天然生物材料在介入治疗领域的应用以及可提供临床应用的新型可降解冠状动脉血管支架的开发制备提供理论指导。 本论文选取三种牛科动物角鞘角蛋白材料，通过研究水分、取样部位、取样方向对角鞘力学特性的影响，结合化学成分分析、微观结构分析和统计学分析，筛选出力学特性最优的角鞘角蛋白材料。通过氧化方法对材料进行处理，继而设计正交试验，探讨不同氧化条件对角鞘角蛋白材料力学特性的影响，筛选出最优的氧化处理条件。结合拉伸性能测试、红外光谱分析、热分析，探讨氧化处理对角鞘角蛋白材料空间结构的破坏程度，以及由此引起的角鞘角蛋白材料的体外降解性能，并通过SDS-PAGE分析其降解产物的分子量分布情况。由此获得一种符合可降解支架材料基本要求的可降解角鞘角蛋白材料。此外，通过血液相容性、组织相容性的系统实验对氧化处理后的角鞘角蛋白材料进行生物学评价分析，探讨其作为满足血管支架材料生物学要求的生物材料的可能性。最后，结合上述研究得出的可降解角鞘角蛋白材料的力学特性参数，通过CAD设计一款血管支架模型，并采用有限元分析方法进行初步的验证分析，以评估可降解角鞘角蛋白材料作为支架基体材料的可行性，为后续支架加工的研究工作提供理论指导。 研究结果表明： 1.角鞘角蛋白材料的力学特性与其水含量呈负相关，并取决于取样部位和取样方向。角鞘角蛋白材料力学特性沿着角鞘生长方向逐渐增大，力学特性的空间变化归因于角鞘底部、中部和顶部的不同角质化程度。角鞘纵向的力学特性优于其横向的力学特性。在三种角鞘角蛋白材料中，水牛角的力学特性最优，黄牛角次之，羊角的力学特性最差。这归因于三种角鞘角蛋白材料的化学组成、金属元素含量和微观结构的差异。但是，水牛角的来源对其力学特性的影响不显著。因此，对来源不同的水牛角鞘材料，经过适当的制备方法，可获得具有标准机械性能的角鞘角蛋白材料。 2.通过氧化处理条件的正交试验分析发现，反应温度对角鞘力学性能的影响较小，而反应时间和氧化剂浓度的影响则较为显著。经氧化处理后，角鞘角蛋白的部分二硫键被氧自由基攻击而发生断裂，，形成磺酸基团，甚至局部角蛋白肽键亦发生断裂，使得角鞘角蛋白的空间结构发生改变，如α-螺旋结构含量降低，β-折叠结构含量增多，并随氧化程度的增大而越发明显。因此，与未处理的角鞘角蛋白材料相比，氧化处理后的角鞘角蛋白材料具有较低的热稳定性和水解稳定性。这可有效地获得一种可降解角鞘角蛋白材料。氧化程度越大，角鞘角蛋白材料的体外降解速率越快，但其降解产物的SDS-PAGE具有相类似的蛋白条带，降解产物分子量分布没有显著的差异性，而且，随着氧化程度的增大，降解产物的分子量在一定程度上呈降低的趋势。此外，经氧化处理后，角鞘角蛋白材料的二硫键并没有完全断裂，这有利于维护可降解角鞘角蛋白材料三维空间结构的稳定性，使得其仍具有一定的力学性能，但其断裂韧性得到改善。 3.可降解角鞘角蛋白材料无细胞毒性，对细胞无明显抑制作用；溶血率低，不引起血小板的激活，PTT均属于正常水平，同时其不同浓度的降解产物(0-1mg/ml)的Fib量化水平和APTT均在正常水平范围内，引发血液血栓的潜在可能性较小；经小鼠皮下植入后，可降解角鞘角蛋白材料与组织间具有较好的组织相容性，没有出现不良反应，呈轻度的异物反应。因此，可降解角鞘角蛋白材料具有良好的生物相容性和生物安全性，可作为一种生物材料，且具有广泛的潜在应用价值，有望成为一种天然的可降解心血管支架基体材料。 4.以可降解角鞘角蛋白材料(OH12-20)的力学特性参数为基准，通过CAD设计出一款支架模型，并采用有限元模拟分析技术对其进行模拟分析，研究支架模型的受力分布及径向位移变化。有限元分析结果表明：OH12-20可满足可降解血管支架的性能要求。因此，经适当的氧化处理后，角鞘角蛋白材料有望成为一种优良的可降解支架基体材料，为开发天然可降解血管支架提供重要的基础。
【关键词】：角蛋白 力学性能 微观结构 角蛋白氧化 生物相容性 血管支架
【学位授予单位】：暨南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：R318.08
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-11
• 第一章 绪论11-20
• 1.1 角蛋白11-13
• 1.2 角鞘角蛋白13-14
• 1.3 角蛋白在生物材料中的应用14-17
• 1.3.1 角蛋白薄膜14-16
• 1.3.2 角蛋白海绵和支架16
• 1.3.3 角蛋白水凝胶16-17
• 1.3.4 角蛋白填充材料17
• 1.4 本论文的立题、研究内容和创新点17-20
• 1.4.1 立题17-18
• 1.4.2 研究内容18-19
• 1.4.3 创新点19-20
• 第二章 三种牛科动物角鞘的结构与性能研究20-40
• 2.1 引言20
• 2.2 实验材料与方法20-24
• 2.2.1 主要材料与仪器20-21
• 2.2.2 角鞘样品的制备21-23
• 2.2.3 拉伸试验23
• 2.2.4 微米压痕试验23
• 2.2.5 角鞘拉曼光谱学分析23
• 2.2.6 角鞘元素分析23-24
• 2.2.7 角鞘的扫描电镜微观观察24
• 2.2.8 实验数据分析24
• 2.3 结果与讨论24-38
• 2.3.1 水分对角蛋白材料力学特性的影响24-30
• 2.3.2 取样位置对角蛋白材料力学特性的影响30-31
• 2.3.3 取样方向对角蛋白材料力学特性的影响31
• 2.3.4 三种角蛋白材料力学特性的对比分析31-34
• 2.3.5 角鞘角蛋白的元素分析34-36
• 2.3.6 角鞘角蛋白材料的微观结构36-38
• 2.4 小结38-40
• 第三章 可降解角鞘角蛋白材料的制备40-56
• 3.1 引言40
• 3.2 实验材料与方法40-44
• 3.2.1 主要材料与仪器40-42
• 3.2.2 角鞘样品的制备42
• 3.2.3 角鞘角蛋白材料的氧化处理42-43
• 3.2.4 拉伸试验43
• 3.2.5 傅立叶红外光谱学(FTIR)分析43
• 3.2.6 热分析43-44
• 3.2.7 拉伸断裂面微观结构观察44
• 3.2.8 体外降解实验44
• 3.2.9 SDS-PAGE44
• 3.2.10 实验数据分析44
• 3.3 结果与讨论44-55
• 3.3.1 氧化条件对角鞘力学特性的影响44-47
• 3.3.2 FTIR 分析47-50
• 3.3.3 热分析50-52
• 3.3.4 拉伸断裂面的微观结构52-53
• 3.3.5 体外降解性能53-54
• 3.3.6 SDS-PAGE 分析54-55
• 3.4 小结55-56
• 第四章 可降解角鞘角蛋白材料的生物学分析56-68
• 4.1 引言56
• 4.2 实验材料与方法56-59
• 4.2.1 主要材料与仪器56-57
• 4.2.2 细胞毒性试验57
• 4.2.3 溶血试验57-58
• 4.2.4 血小板粘附试验58
• 4.2.5 体外抗凝血时间和纤维蛋白原(Fib)测试58-59
• 4.2.6 小鼠皮下植入试验59
• 4.2.7 数据处理与分析59
• 4.3 结果与讨论59-67
• 4.3.1 细胞毒性试验结果59-61
• 4.3.2 溶血性能61
• 4.3.3 血小板粘附性能61-62
• 4.3.4 纤维蛋白原(Fib)测试结果62-63
• 4.3.5 PTT 和 APTT63-64
• 4.3.6 皮下植入试验结果64-67
• 4.4 小结67-68
• 第五章 冠脉血管支架的设计及力学行为分析68-77
• 5.1 引言68-69
• 5.2 实验内容69-71
• 5.2.1 主要软件69
• 5.2.2 血管支架模型设计69-70
• 5.2.3 血管支架有限元模拟分析70-71
• 5.3 图案设计理论分析71-76
• 5.3.1 支架三维模型71
• 5.3.2 支架的压缩能力分析71-74
• 5.3.3 支架的抗压能力分析74-76
• 5.4 小结76-77
• 第六章 结论77-79
• 参考文献79-87
• 攻读硕士学位期间完成的科研论文及奖项87-88
• 致谢88

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本文编号：392118