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系統識別號 U0002-2507200601595200
中文論文名稱 幾丁聚醣/磷酸三鈣複合薄膜的製備與性質
英文論文名稱 Preparation and Properties of Chitosan/Tricalcium Phosphate Composite Membranes
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 化學工程與材料工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Chemical and Materials Engineering
學年度 94
學期 2
出版年 95
研究生中文姓名 余虹德
研究生英文姓名 Hung-Te Yu
學號 693360272
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2006-07-12
論文頁數 101頁
口試委員 指導教授-董崇民
委員-邱文英
委員-孫一明
委員-陳志成
委員-周秀慧
中文關鍵字 幾丁聚醣  三鈣磷酸鹽  引導組織再生 
英文關鍵字 Chitosan  Tricalcium phosphate  Guide tissue regeneration 
學科別分類
中文摘要 研究欲利用生物相容性佳與無毒性的天然高分子幾丁聚醣(Chitosan)作為主要材料,加入不同粒徑大小的三鈣磷酸鹽(Tricalcium phosphate;β-TCP)混合成複合材料,藉由β-TCP不斷釋放出鈣離子來引導骨性細胞吸附及加速骨組織的再生,同時亦藉著β-TCP來改善幾丁聚醣的機械性質。除了機械性質外,不同的薄膜結構將會對細胞的貼附遷移、分化及成長有所影響,因此利用乾式製程與冷凍乾燥配合乾式製程的製備不同結構之幾丁聚醣/β-TCP薄膜,再進行形態觀察、結晶構造分析、孔隙度測定、機械性質測試、膨潤率、生物降解性等,並以in vitro細胞培養的方式來評估幾丁聚醣/β-TCP薄膜的生物相容性。幾丁聚醣添加磷酸三鈣經由冷凍乾燥配合乾式製程以及乾式製程可得不同結構之薄膜,乾式製程所製備的薄膜,由SEM觀察為緻密結構的形態,添加不同粒徑的TCP於薄膜中,發現研磨後
的TCP顆粒(簡稱gTCP)分散於薄膜中時較為均勻。經冷凍乾燥配合乾式製程的薄膜結構,經由SEM觀察發現,隨著預熱處理時間的增加薄膜表面會越來越緻密,且預熱處理時間增加對於薄膜的整體厚度、孔隙度以及澎潤程度都有減小的趨勢,但機械性質卻隨之增加。當添加不同粒徑大小的TCP於薄膜中,經由SEM觀察薄膜的結構並沒有太大的改變,但薄膜添加TCP顆粒後對於薄膜的孔隙度與吸水程度均有減小的趨勢,而動態機械性質則因三鈣磷酸鹽的添加有增加的趨勢。在酵素水解測試中,TCP與gTCP的添加會降低其重量損失,且乾式製程製備的緻密薄膜的水解速率較凍乾薄膜慢。在生物相容性方面,L929細胞株對於不同結構的薄膜,均有正常細胞增殖的現象,而且各組之間並無明顯差距,此外,gTCP的添加對於L929細胞增殖有明顯的提升。對於hFOB1.19細胞株,乾式法之緻密薄膜與未經預烘處理的多孔狀薄膜具有較高的細胞增殖率,此外,添加gTCP於幾丁聚醣中,也有助於提高hFOB1.19的細胞增殖。
英文摘要 The aim of this study was to prepare a chitosan/β-tricalcium phosphate(CS/β-TCP) membrane where different particle sizes of tricalcium phosphate were used. The β-TCP can improve mechanical properties of chitosan and release Ca2+ ion to guide proliferation of osteoblastic cells. Different structures of membranes will affect the growth of cell. Therefore, the membrane fabricated by two methods. One is drying method and another is combining pre-drying with lyophilization. Different structures of CS/β-TCP membranes were observed using SEM and XRD methods and mechanical properties, swelling behaviors and biodegradable of composite membranes were measured. Finally, the cell culture of the fibroblastic cells and osteoblastic cells on these composite membranes was evaluated. In result, the structure of membrane was dense in using drying method. Added different particle sizes of tricalcium phosphate in membrane. It can find that the grinded tricalcium phosphate particles were uniform distributing in chitosan membrane. The structures of membranes were porous in combining pre-drying with lyophilization. It can find that were more dense in top surface of membranes with increased pre-heating time. With increased pre-heating time, the thickness, porosity and swelling of membranes were decreased. But the storage modulus were increased. It wasn’t effect structures of membranes with added tricalcium phosphate but it was decreased in porosity and swelling of membranes. And the storage modulus was increased with added tricalcium phosphate. In biodegradable test, tricalcium phosphate would decrease weight loss of membranes. L929 and hFOB1.19 has good viability in different structures of membranes. It can improve viability of cell with added grinded tricalcium phosphate.
論文目次 中文摘要 I
英文摘要 III
目錄 V
圖目錄 VIII
表目錄 XV
第一章 緒論 1
1.1前言 1
1.2研就動機 3
第二章 文獻回顧 4
2.1幾丁質與幾丁聚醣的結構與來源 4
2.2幾丁質與幾丁聚醣的性質 7
2.3幾丁聚醣在醫療方面的應用 10
2.4高分子薄膜 18
2.5引導組織再生(GTR) 23
第三章 實驗 27
3.1實驗藥品 27
3.2實驗儀器 30
3.3實驗流程圖 32
3.4實驗步驟 32
3.4.1 不同粒徑大小的β-TCP顆粒之製備 32
3.4.2 幾丁聚醣的純化及鑑定 33
3.4.3 幾丁聚醣/三鈣磷酸鹽複合薄膜之製備 35
3.4.4薄膜結構分析 36
3.4.5薄膜孔隙度測定 37
3.4.6薄膜吸水性測試 38
3.4.7 薄膜動態機械性質測試 38
3.4.8 薄膜降解測試 38
3.4.9 細胞培養 39
第四章 結果與討論 43
4.1幾丁聚醣性質測定 43
4.2三鈣磷酸鹽性質測定 47
4.3幾丁聚醣/三鈣磷酸鹽複合薄膜的結構與性質測定 50
4.3.1 ATR-FTIR分析 50
4.3.2結晶構造分析 54
4.3.3 薄膜形態 58
4.4薄膜孔隙度測定與薄膜厚度 73
4.5薄膜吸水性測試 76
4.6動態機械性質測試 79
4.7酵素水解測試 81
4.8細胞相容性測試 86
4.8.1 幾丁聚醣/三鈣磷酸鹽複合薄膜對L929細胞株增殖能力的
影響 86
4.8.2幾丁聚醣/三鈣磷酸鹽複合薄膜對hFOB1.19細胞形態與
活性的影響 90
第五章 結論 94
第六章 建議事項 97
第七章 參考文獻 98

圖目錄
圖2-1 不同排列方式的幾丁質 5
圖2-2 幾丁聚醣的結構式 5
圖2-3 骨組織修復機制 13
圖2-4 不同薄膜橫切面的結構型態 19
圖4-1不同濃度N-乙醯基葡萄糖胺標準品之一次微分吸光圖譜 43
圖4-2 N-乙醯基葡萄糖胺一次微分吸光值對濃度之檢量線 44
圖4-3幾丁聚醣溶液在不同濃度下的還原黏度值(ηsp/C)。溶劑為 2% HAc/0.2M NaAc,測試溫度為25oC 46
圖4-4不同研磨時間下三鈣磷酸鹽(TCP)顆粒大小的分布曲線 48
圖4-5不同研磨時間下的三鈣磷酸鹽(TCP)顆粒大小 48
圖4-6未經研磨的三鈣磷酸鹽(TCP)與經研磨後的三鈣磷酸鹽(gTCP)顆粒之SEM圖 49
圖4-7未研磨的三鈣磷酸鹽(TCP)與研磨後的三鈣磷酸鹽(gTCP)顆粒的ATR-FTIR圖 51
圖4-8幾丁聚醣(CS)、幾丁聚醣/三鈣磷酸鹽(CS/TCP)及幾丁聚醣/研磨後三鈣磷酸鹽(CS/gTCP)緻密薄膜的ATR-FTIR圖 51
圖4-9未預烘處理的幾丁聚醣(CS)、幾丁聚醣/三鈣磷酸鹽(CS/TCP)及幾丁聚醣/研磨後三鈣磷酸鹽(CS/gTCP)之凍乾薄膜ATR-FTIR圖 52
圖4-10預烘20分鐘幾丁聚醣(CS)、幾丁聚醣/三鈣磷酸鹽(CS/TCP)及幾丁聚醣/研磨後三鈣磷酸鹽(CS/gTCP)之凍乾薄膜ATR-FTIR圖 52
圖4-11預烘40分鐘的幾丁聚醣(CS)、幾丁聚醣/三鈣磷酸鹽(CS/TCP)及幾丁聚醣/研磨後三鈣磷酸鹽(CS/gTCP)之凍乾薄膜ATR-FTIR圖 53
圖4-12未經研磨的三鈣磷酸鹽(TCP)粉末(6.6µm)與研磨後的三鈣磷酸鹽(gTCP)粉末(2.0µm)的XRD圖 56
圖4-13幾丁聚醣(CS)、幾丁聚醣/三鈣磷酸鹽(CS/TCP)及幾丁聚醣/研磨後三鈣磷酸鹽(CS/gTCP)緻密薄膜的XRD圖 56
圖4-14未經預烘處理的幾丁聚醣(CS)、幾丁聚醣/三鈣磷酸鹽(CS/TCP)及幾丁聚醣/研磨後三鈣磷酸鹽(CS/gTCP)之凍乾薄膜XRD圖 57
圖4-15經預烘處理20分鐘的幾丁聚醣(CS)、幾丁聚醣/三鈣磷酸鹽(CS/TCP)及幾丁聚醣/研磨後三鈣磷酸鹽(CS/gTCP)之凍乾薄膜XRD圖 57
圖4-16經預烘處理40分鐘的幾丁聚醣(CS)、幾丁聚醣/三鈣磷酸鹽(CS/TCP)及幾丁聚醣/研磨後三鈣磷酸鹽(CS/gTCP)凍乾薄膜XRD圖 58
圖4-17直接烘乾所獲得的 (a)、(b):幾丁聚醣薄膜(CS-D),(c)、(d):幾丁聚醣/三鈣磷酸鹽薄膜(CS/TCP-D),(e)、(f):幾丁聚醣/研磨後三鈣磷酸鹽薄膜(CS/gTCP-D)之上表面SEM圖 59




圖4-18直接烘乾所獲得的 (a)、(b):幾丁聚醣薄膜(CS-D),(c)、(d):幾丁聚醣/三鈣磷酸鹽薄膜(CS/TCP-D),(e)、(f):幾丁聚醣/研磨後三鈣磷酸鹽薄膜(CS/gTCP-D)之下表面SEM圖 60
圖4-19直接烘乾所獲得的 (a)、(b):幾丁聚醣薄膜(CS-D),(c)、(d):幾丁聚醣/三鈣磷酸鹽薄膜(CS/TCP-D),(e)、(f):幾丁聚醣/研磨後三鈣磷酸鹽薄膜(CS/gTCP-D)之截面SEM圖 61
圖4-20未預烘處理而直接冷凍乾燥所獲得的 (a)、(b):幾丁聚醣薄膜(CS-P0),(c)、(d):幾丁聚醣/三鈣磷酸鹽薄膜(CS/TCP-P0),(e)、(f):幾丁聚醣/研磨後三鈣磷酸鹽薄膜(CS/gTCP-P0)之上表面SEM圖 64
圖4-21未預烘處理而直接冷凍乾燥所獲得的 (a)、(b):幾丁聚醣薄膜(CS-P0),(c)、(d):幾丁聚醣/三鈣磷酸鹽薄膜(CS/TCP-P0),(e)、(f):幾丁聚醣/研磨後三鈣磷酸鹽薄膜(CS/gTCP-P0)之下表面SEM圖 65
圖4-22未預烘處理而直接冷凍乾燥所獲得的 (a)、(b):幾丁聚醣薄膜(CS-P0),(c)、(d):幾丁聚醣/三鈣磷酸鹽薄膜(CS/TCP-P0),(e)、(f):幾丁聚醣/研磨後三鈣磷酸鹽薄膜(CS/gTCP-P0)之截面SEM圖 66
圖4-23預烘20分鐘後進行冷凍乾燥所獲得的 (a)、(b):幾丁聚醣薄膜(CS-P20),(c)、(d):幾丁聚醣/三鈣磷酸鹽薄膜(CS/TCP-P20),(e)、(f):幾丁聚醣/研磨後三鈣磷酸鹽薄膜(CS/gTCP-P20)之上表面SEM圖 67


圖4-24預烘20分鐘後進行冷凍乾燥所獲得的 (a)、(b):幾丁聚醣薄膜(CS-P20),(c)、(d):幾丁聚醣/三鈣磷酸鹽薄膜(CS/TCP-P20),(e)、(f):幾丁聚醣/研磨後三鈣磷酸鹽薄膜(CS/gTCP-P20)之下表面SEM圖 68
圖4-25預烘20分鐘後進行冷凍乾燥所獲得的 (a)、(b):幾丁聚醣薄膜(CS-P20),(c)、(d):幾丁聚醣/三鈣磷酸鹽薄膜(CS/TCP-P20),(e)、(f):幾丁聚醣/研磨後三鈣磷酸鹽薄膜(CS/gTCP-P20)之截面SEM圖 69
圖4-26預烘40分鐘後進行冷凍乾燥所獲得的 (a)、(b):幾丁聚醣薄膜(CS-P40),(c)、(d):幾丁聚醣/三鈣磷酸鹽薄膜(CS/TCP-P40),(e)、(f):幾丁聚醣/研磨後三鈣磷酸鹽薄膜(CS/gTCP-P40)之上表面SEM圖 70
圖4-27預烘40分鐘後進行冷凍乾燥所獲得的 (a)、(b):幾丁聚醣薄膜(CS-P40),(c)、(d):幾丁聚醣/三鈣磷酸鹽薄膜(CS/TCP-P40),(e)、(f):幾丁聚醣/研磨後三鈣磷酸鹽薄膜(CS/gTCP-P40)之下表面SEM圖 71
圖4-28預烘40分鐘後進行冷凍乾燥所獲得的 (a)、(b):幾丁聚醣薄膜(CS-P40),(c)、(d):幾丁聚醣/三鈣磷酸鹽薄膜(CS/TCP-P40),(e)、(f):幾丁聚醣/研磨後三鈣磷酸鹽薄膜(CS/gTCP-P40)之截面SEM圖 72
圖4-29不同預烘處理時間下幾丁聚醣(CS)、幾丁聚醣/三鈣磷酸鹽(CS/TCP)及幾丁聚醣/研磨後三鈣磷酸鹽(CS/gTCP)薄膜的孔隙度 74
圖4-30不同預烘處理時間下幾丁聚醣(CS)、幾丁聚醣/三鈣磷酸鹽(CS/TCP)及幾丁聚醣/研磨後三鈣磷酸鹽(CS/gTCP)薄膜的膜厚 74
圖4-31不同結構的幾丁聚醣(CS)、幾丁聚醣/三鈣磷酸鹽(CS/TCP)及幾丁聚醣/研磨後三鈣磷酸鹽(CS/gTCP)薄膜之吸水性 77
圖4-32不同結構的幾丁聚醣(CS)、幾丁聚醣/三鈣磷酸鹽(CS/TCP)及幾丁聚醣/研磨後三鈣磷酸鹽(CS/gTCP)薄膜中CS成分之吸水性 77
圖4-33不同結構的幾丁聚醣(CS)、幾丁聚醣/三鈣磷酸鹽(CS/TCP)及幾丁聚醣/研磨後三鈣磷酸鹽(CS/gTCP)薄膜之吸水性對孔隙度作圖 78
圖4-34不同預烘處理時間下的幾丁聚醣(CS)、幾丁聚醣/三鈣磷酸鹽(CS/TCP)及幾丁聚醣/研磨後三鈣磷酸鹽(CS/gTCP)薄膜之儲存模數 80
圖4-35幾丁聚醣(CS)、幾丁聚醣/三鈣磷酸鹽(CS/TCP)及幾丁聚醣/研磨後三鈣磷酸鹽(CS/gTCP)之緻密薄膜酵素水解圖 82
圖4-36未預烘處理的幾丁聚醣(CS)、幾丁聚醣/三鈣磷酸鹽(CS/TCP)及幾丁聚醣/研磨後三鈣磷酸鹽(CS/gTCP)之凍乾薄膜酵素水解圖 82
圖4-37預烘處理20分鐘的幾丁聚醣(CS)、幾丁聚醣/三鈣磷酸鹽(CS/TCP)及幾丁聚醣/研磨後三鈣磷酸鹽(CS/gTCP)之凍乾薄膜酵素水解圖 83
圖4-38預烘處理40分鐘的幾丁聚醣(CS)、幾丁聚醣/三鈣磷酸鹽(CS/TCP)及幾丁聚醣/研磨後三鈣磷酸鹽(CS/gTCP)之凍乾薄膜酵素水解圖 83
圖4-39幾丁聚醣(CS)、幾丁聚醣/三鈣磷酸鹽(CS/TCP)及幾丁聚醣/研磨後三鈣磷酸鹽(CS/gTCP)緻密薄膜的第七天酵素水解圖 84


圖4-40 預烘處理的幾丁聚醣(CS)、幾丁聚醣/三鈣磷酸鹽(CS/TCP)及幾丁聚醣/研磨後三鈣磷酸鹽(CS/gTCP)之凍乾薄膜的第七天酵素水解圖 84
圖4-41預烘20分鐘的幾丁聚醣(CS)、幾丁聚醣/三鈣磷酸鹽(CS/TCP)及幾丁聚醣/研磨後三鈣磷酸鹽(CS/gTCP)之凍乾薄膜的第七天酵素水解圖 85
圖4-42預烘40分鐘的幾丁聚醣(CS)、幾丁聚醣/三鈣磷酸鹽(CS/TCP)及幾丁聚醣/研磨後三鈣磷酸鹽(CS/gTCP)之凍乾薄膜的第七天酵素水解圖 85
圖4-43 L929細胞株的濃度與OD570值的檢量線 87
圖4-44 L929在不同薄膜結構的幾丁聚醣(CS)薄膜之MTT圖 88
圖4-45 L929不同薄膜結構的幾丁聚醣/三鈣磷酸鹽(CS/TCP)薄膜之MTT圖 88
圖4-46 L929不同薄膜結構的幾丁聚醣/研磨後三鈣磷酸鹽(CS/gTCP)薄膜之MTT圖 89
圖 4-47 L929細胞株在不同薄膜結構上第三天的MTT測試結果 89
圖4-48 hFOB1.19細胞株的濃度與OD570值的檢量線 91
圖4-49 hFOB1.19在不同薄膜結構的幾丁聚醣(CS)薄膜之MTT圖 92
圖4-50 hFOB1.19在不同薄膜結構的幾丁聚醣/三鈣磷酸鹽(CS/TCP)薄膜之MTT圖 92
圖4-51 hFOB1.19在不同薄膜結構的幾丁聚醣/研磨後三鈣磷酸鹽(CS/gTCP)薄膜之MTT圖 93
圖4-52 hFOB1.19細胞株在不同薄膜結構上第三天的MTT測試結果 93
圖4-53幾丁聚醣(CS)、幾丁聚醣/三鈣磷酸鹽(CS/TCP)及幾丁聚醣/研磨後三鈣磷酸鹽(CS/gTCP)之緻密薄膜表面的細胞SEM圖 94


































表目錄
表2-1 不同牙周炎含有的致病菌 23
表3-1文獻中常見的黏度常數K與a值 34
表3-2 不同類型的薄膜代號 36
表4-1幾丁聚醣(CS)、幾丁聚醣/三鈣磷酸鹽(CS/TCP)及幾丁聚醣/研磨後三鈣磷酸鹽(CS/gTCP)薄膜的厚度與孔隙度 75
表4-2幾丁聚醣(CS)、幾丁聚醣/三鈣磷酸鹽(CS/TCP)及幾丁聚醣/研磨後三鈣磷酸鹽(CS/gTCP)凍乾薄膜厚度對預烘時間的線性方程式 75
表4-3不同種類的幾丁聚醣(CS)、幾丁聚醣/三鈣磷酸鹽(CS/TCP)及幾丁聚醣/研磨後三鈣磷酸鹽(CS/gTCP)薄膜之儲存模數 80
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