毛细血管中的氧扩散模型及其应用研究

利用蚕丝丝素制作的多孔创面保护膜在动物实验中已经表明丝素蛋白无毒性、无刺激性，具有良好的生物相容性，是一种极具开发价值的医用生物材料。以往的研究还表明毛细血管以及成纤细胞等能够长入丝素膜的孔隙中，但是细胞及毛细血管的长入对丝素膜的孔隙率及孔径大小有比较明显的选择性。毛细血管系统是维护动物机体正常代谢的最基本结构，不同的组织毛细血管的密度也不相同。毛细血管是动物机体内实现新陈代谢的庞大的微管道网络系统，负责营养物质、氧气的输送以及代谢产物的排出。每根毛细血管供给其周围一定范围内组织细胞代谢所需的营养物质和氧气，并带走组织的代谢产物，如乳酸、CO2等。 医用生物材料的研发，首先要确保毛细血管在其中的延伸生长。为了能够设计有利于组织细胞长入的多孔丝素膜孔隙结构，特别是为了获得适用不同组织器官修复需要的多孔丝素膜材料，研究及探讨组织以及毛细血管在丝素膜结构中生长的微观行为，了解并构建细胞及毛细血管在生物材料中的生长模式具有重要意义。 本论文主要研究内容包括三部分，第一部分主要分析了多孔丝素膜植入组织内部后，在已有血管的基础上，内皮细胞以出芽的方式扩增、迁移并相互联结形成血管的内膜腔，进而塑形为新毛细血管的过程。总结出了毛细血管生长具有一些共同的特征，即有界、有限、有度、有序与无序的统一。在这些基本特征的基础上，建立了丝素膜中新生毛细血管网络结构形成模式。第二部分建立了毛细血管中氧扩散模型，在模型的基础上，我们讨论了毛细血管生长密度的影响因素，得到了一些符合迄今实验结果的结论。第三部分分别建立了开放时毛细血管中氧浓度分布模型和关闭时毛细血管中氧浓度变化模型。这两个模型可以为进一步研究组织中的氧浓度分布提供基本依据，另外我们还利用开放时毛细血管中氧浓度分布模型分析了相关参数发生改变时的病态行为。 通过这些研究，我们试图阐明丝素膜材料中毛细血管生长与生物材料结构之间的关系，为获得适于细胞与血管生长的多孔丝素膜材料的设计与制备提供理论依据。