具有形状记忆效应的仿生复合纳米纤维的制备与性能评价

将乳酸-己内酯共聚物(PLCL)、羟基磷灰石(HAp)和胶原(Col)(质量比92.5∶5∶2.5)通过静电纺丝法制备出PLCL/HAp/Col三元复合纳米纤维,表征了其形貌结构、热稳定性、力学性能、形状记忆和生物学性能,探讨了其作为一种新型仿生支架用于骨组织再生的可能性.结果表明,所制备的复合纳米纤维形貌均一、直径约为500 nm,HAp和Col被嵌入PLCL纤维基体中.生物活性成分HAp及Col的引入可使PLCL纤维的玻璃化转变温度(Tg,即形状记忆转变温度Ttran)维持在～38℃,而力学性能则获得显著提高[杨氏模量从(95.77±1.24)MPa增加到(111.97±4.45)MPa].PLCL/HAp/Col复合纳米纤维具有较好的形状固定率(99%)和形状回复率(96%).生物学评价表明,HAp及Col的加入有利于大鼠源骨髓间充质干细胞(r BMSCs)的黏附与增殖,也能增强碱性磷酸酶(ALP)、Col的表达和矿物沉积.本文为进一步研究PLCL/HAp/Col的生物力学效应奠定了基础.     

稳定射流电纺丝法制备定向排列的壳聚糖超细纤维

采用电驱动纺丝,以壳聚糖(CTS)为研究对象材料,通过引入超高分子量聚氧化乙烯(PEO)调节纺丝液的黏弹性,实现抑制电纺丝固有的射流不稳定弯曲摆动来得到单一的稳定射流,从而可以像传统工业上的干、湿法纺丝一样制备定向的超细CTS纤维(称为稳定射流电纺丝,SJES).系统地研究了SJES的工艺参数(如CTS/PEO质量比、纺丝电压、接收距离、凝固浴成分、辊筒转速等)对制备定向的超细壳聚糖纤维的影响,并通过SEM、FTIR、WAXD、纳米力学拉伸仪等研究了所制备纤维的形貌、结构与性能.结果表明,SJES法制备的CTS纤维直径在10μm以下,优化参数(如电压和辊筒转速)可使纤维直径细化到3μm左右.纤维单丝具有较高的力学性能,断裂强度和纤维模量可以分别达到(762±93)MPa和(11±6)GPa.稳定射流电纺丝方法制备的超细纤维与常规电纺丝法制备的纤维相比,具有较高的微晶取向度.     

透明质酸功能修饰聚乳酸取向超细纤维促进血管平滑肌细胞的迁移

基于稳定射流同轴电纺丝法（SJCES），选用透明质酸（HA）对电纺左旋聚乳酸（PLLA）取向超细纤维进行表面功能修饰得到壳-芯结构的取向纤维（HA-PLLA），以提高血管平滑肌细胞（vSMCs）在纤维表面的黏附和迁移能力。首先在无血清饥饿处理条件下观察HA促进vSMCs迁移的功效；然后采用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、红外光谱仪（FT-IR）、X-射线衍射仪（XRD）和万能材料测试仪等对纤维形貌、壳-芯结构和力学性能进行表征；最后通过改良版“伤口”愈合实验检测HA-PLLA取向纤维诱导vSMCs迁移的功效。结果表明：HA具有显著促进vSMCs迁移的作用；SJCES法可成功制备HA-PLLA壳-芯取向纤维；HA修饰可显著提高PLLA取向纤维的细胞相容性，并增强其定向引导vSMCs迁移的能力，从而证实了HAPLLA取向纤维促进vSMCs迁移的有效性。     

柠檬酸改性壳聚糖水凝胶的制备与性能

采用多元有机酸柠檬酸(CA)对壳聚糖(CS)进行改性,并通过冷冻-凝胶处理形成CSCA水凝胶来提高CS的湿态力学性能。采用红外吸收光谱分析CA改性CS的作用机理,通过扫描电镜(SEM)、孔隙率、吸水动力学及拉/压力学性能测试优化CA的添加量(m(CA)∶m(CS-CA))和CS与CA在乙醇水溶液中的质量分数(w(CS-CA))。结果表明:CA主要是通过其结构中含有的羧酸位点与质子化CS的NH_3~+形成稳定的离子键进行物理交联;冷冻-凝胶处理可得到孔隙互相连通的多孔结构CS-CA水凝胶;当m(CA)∶m(CS-CA)=0.3、w(CS-CA)=3%时可获得性能最优的CS-CA水凝胶。     

用高度取向石墨烯/聚乳酸(Gr/PLLA)复合超细纤维构建神经导管

制备了一种高度取向的石墨烯(Gr)/聚乳酸(PLLA)复合超细纤维,并构建了神经导管,研究了Gr/PLLA促进神经细胞生长与分化的协同诱导作用.研究结果表明,Gr/PLLA具有较好的纤维形貌与取向度;Gr的引入提高了纤维的热性能及力学性能;Gr加入量(≤1%)的增加及纤维取向度的提高使雪旺细胞(SCs)的黏附数量及伸展比例均呈增加趋势;Gr/PLLA纤维可促进SCs的增殖,雪旺细胞在96 h时达到最佳生长状态,表明Gr/PLLA纤维具有较好的细胞相容性.基于细胞形貌及轴突数量统计发现,Gr/PLLA纤维也能促进大鼠肾上腺嗜铬细胞瘤(PC12细胞)的神经分化.直径为2 mm的Gr/PLLA纤维导管具有较好的纤维取向度和抗压能力,能促进细胞沿管轴方向取向生长.     

基于电纺PNIPA-AA/PCL纤维基底的细胞膜片制备

将N-异丙基丙烯酰胺（NIPA）与丙烯酸（AA）通过自由基聚合得到AA接枝改性的聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPA-AA）。然后将PNIPA-AA与聚己内酯（PCL）混合电纺制备PNIPAAA/PCL温敏纤维。采用核磁共振波谱与傅里叶红外光谱分析聚合物的化学结构,通过变温红外光谱与紫外-可见分光光谱检测聚合物的温敏性;通过扫描电镜与水接触角观察电纺纤维基底的形貌与温敏性;最后以小鼠成纤维细胞（C3H/10T1/2）为模型细胞,研究PNIPA-AA/PCL纤维基底对细胞膜片的形成与脱落的影响。结果表明,PNIPA-AA的低临界溶解温度（LCST）为33.6℃,可电纺性较好;PNIPA-AA/PCL温敏纤维在高温（37℃）下疏水程度更高,低温（20℃）下水浸润速率更快;该温敏纤维基底可促进小鼠胚胎成纤维细胞（C3H/10T1/2）增殖和细胞外基质（ECM）分泌,仅需10 min降温即可使形成的细胞膜片完全分离,且脱落后膜片完整性与功能性保持完好。     

含骨脱细胞基质电纺纤维的成骨性能

通过脱细胞技术制备了猪骨脱细胞基质(DBM),用胃蛋白酶消化DBM使其变为可溶形式,采用静电纺丝技术制备了含有DBM的左旋聚乳酸(PLLA)电纺纤维(PLLA/DBM),并对PLLA/DBM的形貌、亲水性、细胞相容性、成骨性能和体外矿化能力进行评价.研究结果表明,脱细胞处理能够有效去除骨组织中的细胞成分,使DNA含量显著下降.DBM经胃蛋白酶处理后溶于六氟异丙醇(HFIP),可进行静电纺丝,制备的PLLA/DBM[m(PLLA)∶m(DBM)=10∶0,9∶1,7∶3,5∶5]电纺纤维具有良好的亲水性,且无细胞毒性,对骨髓间充质干细胞的黏附及成骨分化有明显的诱导促进作用,体外生物矿化效果优良.     

电纺纤维的刚度对iPS-MSCs黏附和迁移的影响

采用退火处理方法调控电纺聚左旋乳酸(PLLA)纤维的刚度,研究了纤维刚度变化对诱导多能干细胞来源的间充质干细胞(iPS-MSCs)的形貌、增殖和迁移行为的影响.结果表明,退火处理对纤维的直径影响不大[退火前(1.26±0.25)μm,退火后(1.24±0.26)μm],但提高了纤维结晶度和力学性能,导致纤维刚度增加1.73倍.将iPS-MSCs在退火处理的纤维支架上培养24 h后的细胞骨架铺展面积及7 d后的细胞增殖分别是未处理前的1.78和1.18倍.纤维刚度的提高影响iPS-MSCs的迁移并促进迁移相关基因Integrinβ1,Rho A和Rock1的表达上调.通过退火处理提高电纺PLLA纤维刚度可作为仿生支架构建中调控细胞生物功能的一个重要手段.