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1、新疆师范大学2015届本科毕业论文（设计）2015届本科毕业论文(设计)题目：电纺明胶/壳聚糖/羟基磷灰石/氧化石墨烯复合膜的制备及性能研究The Electrospinning GE/CS/HA/GO Composite Membrane Preparation And Performance Study学 院：化学化工学院 专业班级：化学11-2班 学生姓名：柏 超 指导教师：王英波 答辩日期：2015年5月9日 新疆师范大学教务处IV目 录1 绪论11.1 生物材料概述11.1.1 生物材料的定义11.1.2 生物材料的发展概况11.1.3 生物材料的分类21.1.4 生物材料的一般性能
2、要求21.1.5 生物材料对人体的影响21.2 骨修复材料31.2.1 明胶31.2.2 壳聚糖41.2.3 羟基磷灰石41.2.4 氧化石墨烯41.3 静电纺丝技术51.4 本实验研究的目的和内容61.4.1 研究目的61.4.2 研究内容62. 实验部分72.1 材料与试剂72.2 实验仪器72.3 实验内容82.3.1 电纺GE/CS/HA/GO四元复合纤维82.3.2 四元复合纤维样品的分析和表征83. 结果与讨论103.1 GO浓度对复合纤维形貌的影响103.2 图案化四元复合纤维的结构表征113.3 四元复合纤维对BSA的吸附133.3.1 BSA溶液的pH对吸附的影响133.3.
3、2 不同初始浓度的BSA溶液对吸附的影响143.4 四元复合纤维的力学性能测试164. 结论17参考文献18致 谢19电纺明胶/壳聚糖/羟基磷灰石/氧化石墨烯复合膜的制备及性能研究摘要：近年来生物材料发展迅猛，尤其在骨修复材料方面。这得益于骨修复材料能直接或间接治疗疾病或辅助修复损伤的骨骼的功能，同时具有优良的生物相容性和可降解性，以及优异的机械强度和抗菌性。这既可以优化治疗骨病的方案，降低治疗或手术的风险，而且植入后随人体代谢而降解，免去二次手术。而利用静电纺丝技术制备出的骨修复材料具有较高的比表面积和孔隙率，这非常利于人体成骨细胞的粘附、生长、分化，促进骨的修复。人体骨具有一定的微结构，所
4、以本文利用电纺纤维技术，制备具有微结构的复合纤维，使其更利于发挥其功能。因此，本文采用静电纺丝技术和图案化模板来制备GE/CS/HA/GO四元复合纤维膜骨修复材料。并探讨GE/CS/HA/GO四元复合纤维的电纺条件和最佳参数，并对其表征和性能进行研究。研究内容包括以下几个部分：（1）在GE/CS/HA三元体系的最优实验条件基础上探索制备GE/CS/HA/GO四元复合纤维时GO的最优浓度。结果表明：通过电镜和光镜观察其形貌得出当GO浓度为0.050%和模板为200目筛网时，其表面纤维排布有序、粗细均匀、无珠状物和液滴。表现出较好的形貌。（2）当材料植入人体内，为保证细胞所需的营养物质供给，利于骨
5、缺损处的修复，复合材料需要对蛋白质有一定的吸附。将最优条件下制备的四元复合纤维在模拟体液环境下，考察其对牛血清蛋白的吸附量。结果表明：GE/CS/HA/GO四元复合纤维对BSA的饱和吸附量在0.050 mgmL-1左右。随着BSA溶液的pH值的增加，无序纤维表面和微结构纤维表面对BSA的吸附顺序相似，但由于吸附蛋白的有效面积不同，导致材料表面对BSA的最大吸附量的pH值略有差别。BSA的初始浓度越大，纤维的初始吸附量越大，但都是在20 min后达到平衡。（3）复合纤维膜在植入人体后，会受到来自其周边的组织、器官的摩擦挤压等情况。因此，优良的复合纤维膜需要优异的力学性能才能发挥其最大的功能。将无
6、序化和图案化GE/CS/HA/GO四元复合纤维进行拉伸强度测试，并与GE/CS/HA三元复合纤维进行对比。结果表明：四元复合纤维明显高于三元复合纤维，这是由于在四元系统中加入GO，改善了纤维界面的粘接质量，从而提高了拉伸强度。而图案化GE/CS/HA/GO四元复合纤维拉升强度达到了1.71MPa。由于微结构复合纤维的各项异性，微结构纤维膜的拉伸强度大于无序纤维的拉伸强度。因此，该复合纤维材料表现出良好的机械强度。以上研究结果表明，本论文成功制备出GE/CS/HA/GO四元复合纤维，并分析表征其空间分布和排列方式，提升了复合纤维的机械强度和抗菌性。有望使骨修复材料在临床医学领域发挥出重要作用。关
7、键字：氧化石墨烯；图案化纤维；复合材料；蛋白吸附；力学性能The Electrospinning GE/CS/HA/GO Composite Membrane Preparation And Performance StudyAbstract:In recent years, the rapid development of biological materials, especially in bone repair materials. Thanks to the bone repair material can directly or indirectly treat disease o
8、r auxiliary repair damaged bones, but also has excellent compatibility and biodegradability of the organism, and excellent mechanical strength and antibacterial property. This scheme can optimize the treatment of bone disease, reduce the risk of treatment or operation, and after implantation with hu
9、man metabolism and degradation, the operation time necessary to remove two. The bone repair material prepared by electrospinning has high specific surface area and porosity, which is very beneficial to human bone cell growth, adhesion, differentiation, promote bone repair. But there is a certain hum
10、an bone structure, so the use of micro pattern template of electrospun fibers, the composite fiber has a certain structure, more conducive to play the function of . Therefore, the preparation of GE/CS/HA/GO four composite fiber scaffolds for bone repair materials by electrospinning technique and pat
11、terned templates. And to explore the four element composite fiber GE/CS/HA/GO electrospinning conditions and the best parameters. The characterization of its morphology and properties. The research content includes the following parts: (1) to explore the optimal concentration of GO, the preparation
12、of four element composite fiber GE/CS/HA/GO under optimal conditions based on GE/CS/HA three system results show that: by light and electron microscopy were obtained when the GO concentration is 0.050% and the template for the 200 mesh, the surface of fiber arranged orderly, uniform thickness, no be
13、ad and drop. Better morphology. (2) when the materials implanted in the human body, in order to ensure the supply of nutrients required for cells to repair, bone defect, composite materials have a certain adsorption on protein. The adsorption amount of four element composite fiber will be prepared a
14、t the optimal conditions of the bovine serum albumin in human body fluid environment. The results show that: the saturated adsorption amount of four yuan of GE/CS/HA/GO composite fiber BSA in 0.050%. With the increase of BSA and the pH value of the solution, the adsorption order disordered fiber sur
15、face and microstructure of BSA fiber surface is similar, but the effective area of the protein adsorption is different, resulting in the maximum adsorption capacity of BSA on the surface of the material pH value is slightly different. The initial concentration of BSA, the initial adsorption amount o
16、f fiber is larger, but it is to achieve balance in 20 min. (3) composite fibrous scaffold after implantation in the human body, such as friction extrusion by the surrounding tissue, organ. Therefore, the need to fine fibrous scaffolds with excellent mechanical properties and maximize its function. T
17、he four element composite fiber disordering and patterned GE/CS/HA/GO tensile strength test, and compared with the three element composite fiber GE/CS/HA. The results showed that: four yuan three yuan was significantly higher than that of composite fiber composite fiber, this is due to the addition
18、of GO in the four element system, improve the quality of fiber bonding interface, which improves the tensile strength of. The four element composite fiber patterning of GE/CS/HA/GO tensile strength reached 1.71MPa. Due to the anisotropic microstructure of composite fibers, the tensile strength of th
19、e tensile strength of the micro structure fiber membrane is greater than that of disordered fiber. Therefore, the composites exhibit good mechanical strength. The above research results indicate that, this paper successfully prepared GE/CS/HA/GO four element composite fiber, and to characterize the
20、spatial distribution and arrangement, enhance the antibacterial properties and mechanical strength of the composite fiber. Is expected to make the bone repair materials play an important role in the field of clinical medicine.Keywords: graphene oxide; patterned fiber; composite materials; protein ad
21、sorption; mechanical properties新疆师范大学2015届本科毕业论文（设计）1 绪论1.1生物材料概述生物材料是直接或间接作用于人体，修复治疗人体组织、器官和骨骼等一类高科技材料。其构成多种多样，可以是无机材料或有机高分子材料，亦或是复合材料。其特点具有良好的生物相容性、生物降解性及优异的机械强度、抗菌性等。因此，具有广大的发展空间，近年来其发展速度迅猛。1.1.1生物材料的定义生物材料是一类用于人体骨骼、组织和器官的诊断、修复或增进其功能的高科技材料，其功能直接作用于需治疗部位，其作用药物是不可替代的。可分为天然生物材料和人造生物材料。生物材料能直接或间接治疗疾病
22、或辅助修复损伤的骨骼，而不能恢复缺陷部位。1.1.2生物材料的发展概况生物材料应用生物学和人体工程学的原理，对生物材料定向的制备具有特定需要功能的生物技术。生物工程学从上世纪70年代初发展起来的，包括基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程等。发展到90年代，生物材料技术发展迅猛，在当时全球经济危机的大背景下，生物材料却每年保持着13%的增长，这充分体现了生物材料具有广阔的发展空间和需求市场。将生物材料真正的应用于现代医学领域是未来的一个必然发展趋势，传统的无机医用金属、高分子、生物陶瓷等材料已不能满足现代医学发展的要求，实际上，生物材料用于现代医学领域已经有一些成果，例如：定向药物释放，微创治疗
23、等等。当前，我国生物材料学基础研究有了重大发现和进展，但生物材料的产业化水平较低，产业规模小，还不能满足我国医疗保健的实际需求。因此国家实施了一系列政策和经济支持，刺激其产业化发展速度，增强我国生物材料的自主创新能力，减少进口需求并加大出口力度，扩大中国生物材料在国际上的影响力。1.1.3生物材料的分类生物材料品种多样，应用广泛，其分类方法也有多种。（1）按材料的属性可分为：a.医用生物金属材料；b.医用生物无机非金属材料；c.医用生物高分子材料；d.医用生物复合材料；e.生物衍生材料（2）按材料的功能可分为：a.硬组织相容性材料；b.软组织相容性材料；c.血液相容性材料；d.生物降解材料；e
24、.高分子药物多肽、人工合成疫苗等（3）按材料的特性可分为：a.生物活性材料；b.生物惰性材料；c.生物降解材料（4）按材料的来源可分为：a.自体材料；b.同种异体器官及组织；c.异体器官及组织；d.天然生物材料；e.人工合成材料1.1.4生物材料的一般性能要求（1）生物相容性生物相容性指生物材料在进入人体内后不引起排斥反应。主要有血液相容性，不能引起凝血、溶血等不良排斥反应，组织相容性，不能引起组织炎症、排拒等不良排斥反应。（2）力学性能生物材料在人体内会经历周边组织带来的挤压、摩擦、冲击等情况，因此，生物材料必须具有一定的机械强度才能满足其功能需求。（3）耐老化可降解生物材料在人体内有的只有
25、几小时或几天，有的可长达几年甚至十几年，短时间内其作用完成后应在人体内自行降解，而长时间则需要其具有很强的稳定性，能够在人体内长期发挥作用。（4）制作加工简便生物材料在优异的治疗、修复和增进的功能下，还应容易制作和加工，且价格适中，适合大批量的工业化生产。1.1.5生物材料对人体的影响生物材料植入人体内后，可能对人体会产生不适反应。主要有局部的组织反应和全身的免疫反应。（1）局部组织反应排异反应：指人体内植入异物，会在其周围发生不同程度的炎症反应。人体不会很快代谢生物材料，就会在其周围形成包囊，将生物材料与组织分隔开，随后包囊会纤维化且不断增厚，最终钙化变硬，引起局部持续性感染。钙化：生物材料
26、表面钙化导致其丧失功能。这既有材料本身的原因，也有机体的原因。例如：材料的性质、材料的机械运动、局部营养不良、死亡细胞的沉积等。感染：生物材料植入人体内引起感染是最常见的。其原因有材料的污染或材料本身易导致感染。因此，植入时应严格消毒灭菌，避免植入失败。血液反应：若生物材料植入人体会干涉人体循环系统或与血液接触就易出现血栓。肿瘤：生物材料的致癌尽管临床极少见，但在动物实验中却屡见不鲜。可能由于致癌物质在生物材料上的聚集或包囊的突变。因此生物材料不要使用刺激性强，有毒可溶物质，尽可能使其表面粗糙，减少与组织的间隙。（2）全身免疫反应生物材料植入人体可能会引起全身性免疫反应，包括体液免疫反应和细胞
27、免疫反应。常见于人工血管材料等于血液有直接接触的生物材料。临床上表现出过敏反应、感染、恶性肿瘤的发生、软组织钙化或纤维化，尤其是肺的纤维化、动脉硬化等。1.2骨修复材料将生物材料用于人体骨修复领域中，是近年来一个研究热点。骨修复支架材料根据靶向释放原理，利用生物材料携带促进骨生长的基因定向到达骨缺损位置，并且缓慢释放促进骨组织的再生，可以提高骨修复的效果1。本研究所使用的材料有明胶、壳聚糖、羟基磷灰石、氧化石墨烯。它们用于生物材料具有其他材料没有的优点，但也存在一些缺点。1.2.1明胶明胶（Gelatin，GE）是以动物的皮和骨骼为原料，经过加工制成的一种无味，半透明黄色的颗粒、薄片或粉末。明
28、胶的主要成分是多肽分子混合物，分子量可达几万至十几万。明胶是一种两性物质。等电点在6 8左右（A型），当pH 等电点，明胶带负电荷，向电场阳极移动，具有碱性。明胶分子结构上有大量的羟基、羧基和氨基，所以明胶具有极强的亲水性。明胶在日常生活，生产制造方面有广泛应用：1.食用明胶广泛用于糖果、罐头、皮冻等食品方面。2.药用明胶常常作为软硬胶囊、片剂糖衣等。3.照相明胶还广泛用于生产胶片、胶卷、医用X光夹片等。4.工业明胶则在印刷、印染、纺织、国防、航空、电子等各个领域发挥重大作用。1.2.2壳聚糖壳聚糖（Chitosan，CS）又名脱乙酰甲壳素，是由几丁质脱乙酰作用得到的，分子式：(C6H11NO
29、4)N，单元体的分子量为161.2，其结构如图1-1所示。图1-1 壳聚糖结构图壳聚糖大分子中有活泼的羟基和氨基，具有很强的化学反应能力。能发生水解、烷基化、酰基化、羧甲基化、磺化、硝化、卤化、缩合和络合等化学反应，可生成许多具有不同性能的衍生物，扩大了壳聚糖的应用范围。壳聚糖具有许多生理活性，如：1.控制胆固醇，2.抑制细菌活性，3.预防和控制高血压，4.吸附和排泄重金属，5.免疫作用。因此，壳聚糖具有广泛的应用，如：1.生产化妆品，2.生产絮凝剂，3.生产饲料饵料，4.生产吸附剂。1.2.3羟基磷灰石羟基磷灰石（Hydroxyapatite，HA）Ca10(PO4)6(OH)2是生物体骨骼
30、和牙齿的主要无机成分，具有优良的生物相容性。其植入人体后，钙和磷会游离出材料表面被身体吸收并生长出新的组织。有研究证明羟基磷灰石的晶粒越细，其生物相容性越高。因此，羟基磷灰石常常用于生物材料的原料。1.2.4氧化石墨烯氧化石墨烯（Graphene Oxide，GO）是石墨烯的氧化物，有粉末状、片状或溶液状。其结构如图1-2所示，它具有两亲性，从其边缘到中央呈现亲水至疏水的性质分布。因此，氧化石墨烯可以降低其存在界面间的能量。氧化石墨烯是一种性能优异的新型碳材料，具有很高的比表面积和其表面有丰富的官能团。此外，GO还有抗菌性2，可被用来防止外部伤口的感染3。因此，氧化石墨烯用于生物复合材料的制备
31、更是具有广泛的应用领域。图1-2 氧化石墨烯结构图1.3静电纺丝技术静电纺丝技术如图1-3，它是将聚合物溶液运送至电纺箱中针头处，产生液滴，在电场的作用下形成泰勒锥，从尖端延展出纤维细丝，接收至下端的接收板上，形成纳米级的纤维膜。影响电纺出纤维膜的因素有以下几点：（1）聚合物的分子量和分子结构等、（2）溶液的浓度、粘度等4、（3）电纺时电压的大小、（4）针头与接收板之间的距离、（5）电纺箱中的温度、湿度等、（6）针头的形状。利用静电纺丝技术可以制备出具有良好生物相容性和可降解性，以及较大的比表面积和孔隙率的生物材料5,6。因此，本实验将采用静电纺丝技术制备四元复合纤维。图1-3 静电纺丝技术原
32、理图1.4本实验的研究目的和内容 1.4.1研究目的随着生物材料的发展，生物材料的制备从适应生物环境向制备具有特殊功能的生物复合材料。近年来，制备出许多二元，甚至三元复合材料，它们具有其他材料所不具备的优点及特殊功能，但在材料的机械强度、抗菌性等方面存在一些缺陷。因此，本研究采用静电纺丝技术制备GE/CS/HA/GO四元复合纤维材料。在GE/CS/HA三元复合纤维体系中加入GO，将会提升复合纤维的机械强度和抗菌性。这也是本研究的创新点和出发点。1.4.2研究内容采用静电纺丝技术制备出GE/CS/HA/GO四元复合纤维材料。（1）人体骨是有一定的结构，所以利用微图案模板电纺纤维，会使复合纤维具有
33、一定结构，更利于发挥其功能7。在GE/CS/HA三元体系的最优条件基础上制备GE/CS/HA/GO四元复合纤维，利用光学显微镜和扫描电子显微镜对其形貌进行研究，探索添加GO的最优浓度，以及图案化模板的选择。（2）在最优条件下制备的四元复合纤维在模拟体液环境下，考察其对牛血清蛋白的吸附量。考察BSA的初始浓度、BSA的pH、和BSA吸附时间对其吸附蛋白的影响。（3）无序化和图案化GE/CS/HA/GO四元复合纤维进行拉伸强度测试，考察其在力学方面的性能。 2.实验部分2.1材料与试剂表2-1 材料和试剂名称规格厂家明胶化学纯北京化工厂壳聚糖分析纯浙江金壳生物化学有限公司羟基磷灰石分析纯上海华蓝化
34、学科技有限公司氧化石墨烯分析纯上海山浦化工有限公司高锰酸钾分析纯陕西省西安化玻站总经销磷酸二氢铵分析纯天津市盛奥化学试剂有限公司氯化钠分析纯天津市致远化学试剂有限公司氯化钾分析纯天津永晟精细化工有限公司磷酸二氢钾分析纯天津市致远化学试剂有限公司磷酸氢二钠分析纯天津永晟精细化工有限公司过氧化氢分析纯天津永晟精细化工有限公司盐酸分析纯天津市风传化学试剂科技有限硫酸分析纯北京化工厂乙酸分析纯天津永晟精细化工有限公司2.2实验仪器表2-2 实验仪器名称规格厂家静电纺丝机TL01深圳通力微纳科技有限公司扫描电子显微镜LEO-1430VPCarl Zeiss, Germany透射电子显微镜JEM-2100
35、FJEOL, Japan光学显微镜XY-RFL宁波舜宇仪器有限公司紫外分光光度计U3310日立公司, 日本万能力学测试仪UTM6104深圳三思纵横科技股份有限公司2.3实验内容2.3.1电纺GE/CS/HA/GO四元复合纤维（1）Hummers method制备氧化石墨烯和还原氧化石墨烯：将5g石墨和115mL浓硫酸和25g高锰酸钾混合均匀，置于0下的500mL蒸馏瓶中，搅拌2h，然后在35下油浴中回流搅拌12h，加入蒸馏水，在90油浴中加热30min。然后加入15mLH2O2，搅拌30min，过滤，调节pH至中性，在60干燥箱中干燥，得到GO。（2）电纺液的制备：将CS溶解在体积分数为20%
36、的乙酸水溶液中，搅拌12h后，将HA和GO混合研磨30min后加入电纺液，超声分散30min后，搅拌12h，最后将GE加入电纺液中搅拌均匀，在60-70恒温水浴中溶胀GE，搅拌12h后，备用。（3）无序化纤维制备：剪裁1320 cm2的铝箔固定在接地的接收钢板上，接收距离为15cm。将磨钝的针头固定在注射卡槽中，与注射器连接好，将电纺液注入干燥的注射器中，排空注射器中多余的空气后注入导管。调节注射泵速率为3mL/h，在电纺电压为18.5kV，机箱温度为40，相对湿度为4555%的条件进行电纺复合纤维，制备好的纤维在37的真空干燥箱中干燥，保存。（4）图案化纤维的制备：将接收钢板上的铝箔上固定具
37、有图案化的筛网模板，筛网模板尺寸为915cm2，筛网孔径分别为100目、200目、300目，进行电纺，步骤同（2），制备好的纤维在37的真空干燥箱中干燥，保存。2.3.2 四元复合纤维样品的分析和表征（1）光学显微镜：采用光学显微镜观察GE/CS/HA/GO纤维在无序化平板和图案化模板上的分布情况。（2）扫描电子显微镜：采用扫描电子显微镜观察GE/CS/HA/GO纤维的表面形貌。样品采用喷金处理，以提高样品表面的导电性，然后在SEM下进行观察。采用Image软件对SEM照片进行尺寸分析，计算平均纤维尺寸大小和分布。（3）蛋白的表面吸附分别考察无序化GE/CS/HA/GO纤维和图案化GE/CS/
38、HA/GO纤维对牛血清蛋白（BSA）的吸附。主要考察吸附时间、BSA溶液的pH和BSA的初始浓度对其影响。 吸附时间：BSA溶液用磷酸缓冲液（PBS,pH 7.35）配制，PBS溶液为10倍的单位浓度，其配方见表2-3。将样品裁剪成1cm1cm，浸泡在10mL的BSA溶液中。吸附时间依次为：5min、10min、20min、30min、40min、1h、2h。表2-3 10倍浓度的磷酸缓冲液配方试剂NaClKClKH2PO4Na2HPO4浓度(gL-1)80.02.02.414.4 BSA溶液的pH：同一时间下考察不同pH的BSA溶液对其蛋白吸附的影响。将样品裁剪成1cm1cm，浸泡在10mL
39、的BSA溶液中。BSA溶液的pH一次为3.90、4.50、5.32、6.00、7.35。 BSA的初始浓度：用pH为7.35的PBS溶液配制不同初始浓度的BSA溶液。BSA的浓度依次为0.2 mgmL-1、0.5 mgmL-1、1.0 mgmL-1、1.20 mgmL-1、1.5 mgmL-1、2.0 mgmL-1。将样品裁剪成1cm1cm，浸泡在10mL的BSA溶液中。浸泡时间依次为：5min、10min、20min、30min、1h、2h。以上样品浸泡后用紫外分光光度计（UV），在波长为280 nm时检测溶液中蛋白质的浓度，计算其吸附量。（4）力学性能测试采用万用力学测试仪测定GE/CS/
40、HA/GO纤维的力学性质。在四元纤维的5个随机位置剪裁尺寸为1cm7cm的长条，用螺旋测微器测试每个样品的厚度，用冲片机模压出标准哑铃形的样品进行测试。纤维膜的应力应变曲线从负荷变形曲线中得出，拉伸速度为0.5 mms-1。3.结果与讨论在GE/CS/HA三元复合纤维的最优实验条件：15 % GE（800万）、3 % CS（5万）、3 % HA（12m）下，添加不同浓度的GO，研究其浓度对复合纤维的影响，并对其性能进行考察。GO浓度依次为：0.025%、0.050%、0.075%。3.1 GO浓度对复合纤维形貌的影响在GE/CS/HA三元体系中加入GO，考察GO浓度对复合纤维形貌的影响。图3-
41、1是不同GO浓度GE/CS/HA/GO四元复合纤维的形貌图及纤维粗细统计图。(a)(b)(c)2m2m2m1m1m1m(a1)(b1)(c1)图3-1 不同浓度GO的制备的复合纤维的SEM图及其纤维直径分布图.(a) 0.025 %; (b) 0.050 %; (b) 0.075 %. (a1),(b1),(c1)分别为对应(a),(b),(c)的纤维直径分布图.当GO浓度为0.025%时，纤维表面没有珠状物和团聚现象，但纤维粗细不均（图3-1 a），纤维直径在80nm至320nm（图3-1 a1）；当GO浓度为0.050%时，纤维表面没有珠状物和团聚现象，且纤维粗细较均匀（图3-1 b），纤
42、维直径主要集中在120nm至160nm之间（图3-1 b1）；而当GO浓度为0.075%时，纤维的表面出现了珠状物，而且纤维过细（图3-1 c），纤维直径主要集中在80nm至120nm（图3-1 c1）。这可能是由于随着电纺液中溶质的含量不断增加，电纺液的粘稠度也会增加，导致珠状物的出现。而随着电纺过程中溶剂的不断挥发，GO颗粒很有可能会堵塞针头导致纺出纤维过细。纤维粗细不均或过细会使纤维在力学强度上产生一定影响。因此，GO浓度为0.050%时，纤维较均匀，将进行后续实验。3.2 图案化四元复合纤维的结构表征(a)(b)(c)图3-2 图案化的复合纤维光镜图. (a) 100目; (b) 20
43、0目; (c) 300目.(a)1m1m1m2m2m2m(b)(c)图3-3 图案化的复合纤维的SEM图. (a) 100目; (b) 200目; (c) 300目.在添加GO浓度为0.050%后，制备具有不同微结构的GE/CS/HA/GO四元复合纤维。考察模板孔径分别为100目、200目、300对复合纤维的影响。图3-2是用光镜观察图案化纤维的整体分布情况，由图可知纤维在模板上的分布是由模板的拓扑结构所决定的。图3-3是用扫描电子显微镜下观察图案化纤维的形貌。由图可知模板孔径为100目时（图3-3 a），纤维粗细不均，纤维在模板上的排布杂乱。模板孔径为200目时（图3-3 b），纤维较均匀光
44、滑，纤维在模板上的排布均匀有序。模板孔径为300目时（图3-3 c），纤维在模板上的排布杂乱无序。由于模板的两棱间间距过大或过小，电纺时电场不均匀，使得在纺丝时纤维表面张力和电场力不匹配，各部分受力不均匀，导致纤维在模板上排布杂乱无序。因此，模板孔径为200目时，其两棱间间距相对适中，纤维排布均匀有序。3.3四元复合纤维对BSA的吸附3.3.1 BSA溶液的pH对吸附的影响(a)(b)(d)(e)(c)(f)图3-4 不同pH值下无序化和图案化四元复合纤维的蛋白吸附情况.无序化纤维: (a) GO 0.025%; (b) GO 0.050%; (c) GO 0.075%;图案化纤维:(d) G
45、O 0.025%;(e) GO 0.050%; (f) GO 0.075%.由图3-4可知，随着BSA的pH的不断增大，复合纤维对牛血清蛋白的吸附量也逐渐增加后又下降。在pH为3.90时的酸性环境中，吸附量最低。这是由于pH BSA的等电点（4.90），BSA会水解而带正电荷，而这pH同时也小于GE的等电点6.00 8.00（A型），所以GE也会带正电荷，这样复合纤维就会与BSA产生排斥作用，不利于蛋白的吸附。而在pH为7.35的弱碱环境中，pH都分别大于BSA和GE的等电点，它们都带负电荷，相互产生排斥作用，同样不利于蛋白的吸附。而在pH在4.90 6.00内，pH大于BSA的等电点（4.9
46、0），而小于GE的等电点时，BSA带负电荷，GE带正电荷，相互产生吸引作用，利于蛋白的吸附。因此，GO为0.075%无序化纤维在pH为6.00时，复合纤维对蛋白的吸附量达到了最大，为0.170 mgmL-1左右。由图4-3 (a)、(b)、(c)、和(d)、(e)、(f)可以看出，随着GO的浓度不断增加，复合纤维对蛋白的吸附量也在不断增加。因为在弱酸性环境下，GO结构边缘的羧基、羟基等官能团发生质子化，GO所带的负电荷量大量降低，利于GO对BSA的吸附8,9。由图4-3 (a)和(d)、(b)和(e)、(c)和(f)相互对比可以看出，图案化纤维对BSA的吸附量比无序化纤维的少。因为在相同条件下的纤维，图案化纤维会比无序化纤维的吸附表面积更小。由图4-3各组数据都可看出，随着吸附时间的增加，复合纤维对BSA的吸附量先不断增加后达到饱和，饱和时间一般为20min。3.3.2 不同初始浓度的BSA溶液对吸附的影响