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醫用生物纖維素氣凝膠之製備

為了解決Kuga 2022的問題，作者吳怡萱 這樣論述：

　　近年來已經開發了各種由天然聚合物材料製成的各種基於氣凝膠的生物材料，由於氣凝膠具有多孔結構和高比表面積等特性，與生物細胞外基質 (ECM) 的結構相似，在生物醫學研究和應用中引起極大的興趣。基於氣凝膠的生物材料具有高比表面積的多孔性、滲透性、生物相容性和仿生結構，為細胞附著、增殖和分化，提供與ECM環境相似條件，可以為細胞均質化生長提供機械支撐，是生物醫學應用的理想材料。　　本研究目的將著重於如何使用1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene (DBU) / Dimethyl sulfoxide (DMSO) / CO2 系統製備可用於生醫材料之纖維素氣凝膠。本

研究選用市售的微晶纖維素 (Microcrystalline Cellulose; MCC)，以及本實驗室利用駒形桿菌–Komagataeibacter xylinus自行生產的生物纖維素 (Biocellulose; BC)，透過添加不同生物聚合物 (Agar、Pectin、Gelatin或無添加)，以及不同凝結劑 (H2O、MeOH、EtOH、Acetone或無添加) 使其交聯，並利用冷凍真空乾燥方式製備成氣凝膠。探討三種變因對於生物纖維素氣凝膠的物理、 化學特性之影響，並針對其做生物相容性試驗。結果表明，所有樣品中的L929細胞存活率均大於 80%，此試驗也證明了此材料於生物醫學材料的

可利用性，並於體外凝血性能評估中顯著提升凝血時間，與空白對照組相比提升至少57-83%。　　本研究製備了5種不同可控孔隙的生物纖維素氣凝膠：MCC、MCC/BC、MCC/Agar、MCC/Pectin和MCC/Gelatin Aerogels。隨著氣凝膠密度的逐漸增大，孔隙率則呈下降趨勢，形成的結構越緻密。然而，以Acetone為凝結劑的氣凝膠容易造成結構不均，且易於表面形成片狀型態。　　纖維素濃度和添加之生物聚合物濃度是影響纖維素溶液交聯的主要條件之一。當纖維素濃度小於5wt% 時，由於濃度太低，於纖維素再生過程中的氫鍵之鍵結不足，導致結構脆弱且鍵結不穩定，使其凝結效果不佳、無法交聯。隨著M

CC、BC、Pectin含量的增加，交聯程度、膨潤度和降解速度也隨之增加，歸因於再生纖維素鏈上的大量羥基所導致。壓縮模量也受到氣凝膠中聚合物含量的影響，當氣凝膠受到機械載荷時，外部應力會在氣凝膠網絡的結節處和孔壁積聚，因此這些結節和孔壁的負載能力和機械穩定性決定了氣凝膠的機械強度和抗變形能力。然而，隨著生物聚合物含量的增加，不僅孔壁有增厚的趨勢，且鍵結也更為完整。其中，MCC/Agar氣凝膠具有較為良好的熱穩定性，其密度為所有氣凝膠中最大的，更有助於機械強度的提升，並顯示出 3.37–34.40 MPa 的壓縮模量。