摘 要

在组织工程研究中，需要一个由生物材料所构成的细胞支架来维持种子细胞的增殖与分化，此处的支架材料相当于人工细胞外基质。胶原有特异性的分子识别信号，对于细胞可起到促进黏附增殖，并且可以诱导分化的作用。胶原在体内降解为各种氨基酸，且安全无毒。正因如此，胶原材料如今被广泛用作组织工程中培养细胞时的支架材料。在本课题中，我们利用冷冻干燥法制备出出多种胶原蛋白多孔支架材料，并对其特性进行表征。同时，对制备过程中多种因素对胶原蛋白多孔支架结构和性能的影响进行了讨论。不同冷冻温度，不同胶原溶液浓度以冰粒子致孔剂的加入对支架孔隙率、力学性能、生物相容性等具有不同的影响。其中，利用冰粒子作为致孔剂所制备的多孔支架表现出良好的应用前景。

关键词：多孔支架材料 胶原 生物相容性 组织工程

Preparation and characterization of collagen porous scaffold for tissue engineering

Abstract

Tissue engineering scaffold materials refer to the materials that can combine with tissue living cells and can be implanted into different tissues of organisms, and according to the specific function of replacement tissues.in order to proliferate and differentiate seed cells, a scaffold made of biomaterials, The equivalent of an artificial extracellular matrix, needs to be provided the specific molecular recognition signal of collagen can promote cell adhesion and proliferation and induce cell differentiation.in vivo， collagen is degraded into various amino acids, safe, non-toxic, non-irritating, and non-sensitizing. Therefore, collagen is widely used as scaffold material for tissue engineering culture cells here, we'll discuss collagen porous scaffold material preparation, characterization and so on at the same time, discussed the preparation conditions on the porous scaffold material structure and properties of collagen, the prospects and development of the project, including the research and application prospects in this paper, the effects of different freezing temperatures, different collagen solution concentrations and different pore-forming agents on the porosity, mechanical properties and biocompatibility of scaffolds are discussed in detail Cell experiments were conducted to demonstrate its biological activity finally, we will obtain a good performance collagen porous scaffold material.

Key words: Porous scaffold materials; Collagen; Biocompatibility; Tissue engineering

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1组织工程学概论 1

1.1.1组织工程中的生物材料 1

1.1.2胶原蛋白的优势 2

1.2组织工程支架材料 3

1.3几种常见胶原蛋白支架 4

1.3.1纯胶原蛋白支架 4

1.3.2胶原蛋白/自然共混聚合物支架 5

1.3.2胶原蛋白/合成共混聚合物支架 5

1.3.2胶原蛋白/无机混合支架 7

1.4胶原基支架在组织工程中的典型应用 8

1.4.1神经组织 8

1.4.2骨和软骨组织 9

1.4.3肌腱/韧带组织 9

1.5小结 10

第二章 实验部分 11

2.1实验原料和实验设备 11

2.1.1实验原料 11

2.1.2实验设备 11

2.3实验内容 12

2.3.1胶原多孔支架的制备 12

2.3.3孔隙率与力学性能测试 14

2.3.4细胞学实验 15

2.3实验小结 18

第三章 总结 19

3.1结论 19

3.2展望 19

参考文献 21

致谢 26

第一章 绪论

1.1组织工程学概论

组织工程学是充分应用工程学，生物科学，基础医学的原理与方法，开发制造出具有生物活性的组织或器官代替物的一门交叉学科。从生物机体获取少量的活体组织，用特定的一些方法将细胞（种子细胞）从组织中分离出并培养，然后将培养完成后的活体细胞接种入生物相容性良好的、可降解性好的生物材料（支架），使细胞黏附在生物材料（支架）上形成细胞-材料的复合物；将该细胞-材料复合物植入机体的组织器官或者是病变损伤的部位，伴随着材料在体内被逐步被吸收降解，植入的细胞会在体内不断地增殖并分泌细胞外基质，最终形成所需要的组织或器官，从而达到创伤修复和功能重建的目的。生物材料支架形成的3D结构为种子细胞获取营养、生长和代谢提供了一个良好的环境。

组织工程学的发展提为组织再生医学提供了一种新的技术方法，将改变外科手术传统的治疗模式，呈现了一种新的概念与方法，即无创伤修复。

1.1.1组织工程中的生物材料

生物材料在组织工程的发展进程中起着重要的作用，尽管这并不是说传统的合成生物材料必须一直被使用。然而，无论是在体外创造与原生体相似或相同的活的新组织，还是通过在损伤部位的特异性趋化因子的受控呈现和按需释放来促进原位组织再生，具有的临时生物可降解支持矩阵[5]。类似的结构和功能属性的组织、功能通常是必需的，如果不是必需的，对于细胞附着和外壳。类似于在伤口愈合事件级联中用作天然聚合物支架的血凝块[7]，这些基质应该具有提供功能并支持组织再生的理想形状，直到形成足够的新组织。因此，从基本的观点来看，组织工程中的生物材料设计的目标是识别或制造一种固有的物质（或已被设计）以获得一种理想的形式，该物质可用于合成细胞容纳的3D细胞微环境。引导和引导新的组织形成。材料应能够保持其结构和完整性的可预测的时间段，以确保新的组织形成和成熟，即使在承重情况下。因此，设计接近人体组织中正常细胞基质的许多关键特征的材料，从而促进和指导靶组织的形成，是生物材料科学和组织工程的前沿，并且确实是该领域的缩影。

天然来源的生物材料通常可分为两组：基于蛋白质的生物材料（例如胶原、丝素蛋白、明胶、纤维连接蛋白、角蛋白、纤维蛋白和蛋壳膜）和多糖生物材料（例如透明质酸、纤维素、葡萄糖、藻酸盐、软骨）[12]。锡及其衍生物、壳聚糖。基于蛋白质的生物材料通常是从动物和人源获得的，并且包括模仿细胞外环境的生物活性分子，而多糖生物材料大多来自藻类，如琼脂和藻酸盐，或来自微生物。另一类天然生物材料被称为脱细胞组织来源的生物材料，它是通过从天然组织/器官中消除所有细胞和核材料而产生的，如脱细胞真皮、心脏瓣膜、血管、小肠黏膜下层（SIS）和肝脏[14]。这些脱细胞组织衍生的生物材料含有多种不同的有机和/或无机组分。

1.1.2胶原蛋白的优势

胶原蛋白是最早被应用的天然生物材料。研究至今，已明确的不同的胶原蛋白就有28种，可以将其定义为4个大类[18]（根据成分和结构特征来划分）:(1)具有经典的致密带状膜结构的胶原蛋白，包括I、II和III类胶原；(2)具有开放性纤维结构的胶原蛋白，如IV型和基底膜胶原；(3)V型胶原和含有E、F链的分子；(4)具有不连续三重螺旋的胶原。胶原蛋白是一种三聚物的分子组成的三个多肽α链，α链编织在一起，形成三螺旋，这是独特的胶原蛋白家族的结构特点，形成homotrimers或heterotrimer[23]。三螺旋序列由Y -X-Y重复序列组成，X常为脯氨酸，Y常为4-羟脯氨酸。每个胶原蛋白至少包含一个三重螺旋结构域(COL)，位于ECM中，以及非胶原蛋白(non-Gly-X-Y)区域(NC域)。在NC域内的COL域的散布使胶原蛋白多域蛋白。NC域参与结构组装，并赋予生物活性赋予胶原蛋白。

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