電紡圖案化納米纖維用于組織工程大孔支架的構(gòu)建研究.pdf

1、靜電紡絲作為一種納米纖維支架的仿生構(gòu)建方法，已在組織工程和再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中得到越來(lái)越多的應(yīng)用和關(guān)注。但是，靜電紡支架的主要問(wèn)題是密集排列的納米纖維之間的空隙很小，阻礙了細(xì)胞的長(zhǎng)入和三維(3D)組織的形成。為了解決這一問(wèn)題，近年來(lái)已發(fā)展了許多用于擴(kuò)大靜電紡納米纖維支架孔尺寸的制備方法。但這些方法都有各自的局限。本研究正是基于此，通過(guò)接收裝置控制納米纖維的沉積，形成各種具有圖案結(jié)構(gòu)的納米纖維膜。然后通過(guò)層層疊加相同圖案的纖維膜，制備出具有納米

2、纖維形貌的3D大孔支架，從而為靜電紡纖維支架的細(xì)胞浸潤(rùn)問(wèn)題提供一種新穎的解決方法。
　　 本文首次采用絕緣模板靜電紡制備出各種圖案化納米纖維。研究發(fā)現(xiàn)，靜電紡納米纖維可以復(fù)制各種絕緣模板的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。為了探究圖案化納米纖維的機(jī)理，我們系統(tǒng)地研究了不導(dǎo)電模板表面的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，尤其是凸起部分對(duì)于納米纖維沉積的影響。實(shí)驗(yàn)和電場(chǎng)模擬的結(jié)果表明，絕緣物質(zhì)在強(qiáng)電場(chǎng)下可以被極化，并改變?cè)须妶?chǎng)的分布。當(dāng)絕緣模板具有合適的孔徑或足夠的厚度時(shí)，其表面

3、的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是影響靜電紡纖維選擇性沉積和形成圖案結(jié)構(gòu)的主要影響因素。另外，也研究了影響納米纖維圖案結(jié)構(gòu)清晰度的參數(shù)。本研究拓寬了關(guān)于靜電紡圖案化纖維機(jī)理的理解，并可以通過(guò)設(shè)計(jì)具有特定和復(fù)雜圖案的不導(dǎo)電模板，很容易制備出各種圖案化纖維膜。該方法在很多領(lǐng)域尤其是組織工程支架方面具有潛在的應(yīng)用。
　　 靜電紡制備具有大孔圖案的明膠(Gt)/聚己內(nèi)酯(PCL)納米纖維膜，然后將具有相同圖案結(jié)構(gòu)的大孔纖維膜層層疊加至一定的厚度，構(gòu)建出3D大

4、孔支架。同時(shí)，無(wú)紡布纖維膜也被層層疊加至相同的厚度，作為對(duì)照組。本文主要探究了纖維支架的大孔結(jié)構(gòu)對(duì)于細(xì)胞長(zhǎng)入支架內(nèi)部的影響。掃描電子顯微鏡(SEM)觀察發(fā)現(xiàn)，3D大孔支架呈大孔結(jié)構(gòu)，即層層疊加后仍然保持了大孔纖維膜的大孔結(jié)構(gòu);大孔結(jié)構(gòu)中孔洞部分的纖維分布較稀疏，孔壁部分纖維分布較密集?？紫堵史治鼋Y(jié)果發(fā)現(xiàn)，大孔支架的孔隙率要大于無(wú)紡布支架的孔隙率，且兩者支架有顯著性差異。另外，兩種支架的溶脹性基本相同。力學(xué)測(cè)試結(jié)果表明，由于大孔結(jié)構(gòu)的引入

5、，大孔支架的力學(xué)性能相對(duì)于無(wú)紡布支架有所降低。SEM觀察豬軟骨細(xì)胞在大孔支架及無(wú)紡布支架上的細(xì)胞形貌，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞長(zhǎng)入了大孔支架。采用CCK-8法測(cè)軟骨細(xì)胞的增殖情況。對(duì)支架和細(xì)胞的復(fù)合物在垂直方向切片，掃描電子顯微鏡(SEM)觀察切片發(fā)現(xiàn)，軟骨長(zhǎng)入了3D大孔支架內(nèi)部;對(duì)切片免疫熒光染色，熒光顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞大規(guī)模遷移和長(zhǎng)入3D大孔支架內(nèi)部，并且在支架內(nèi)部連成一片。而對(duì)于無(wú)紡布支架，大部分細(xì)胞只是在其表面生長(zhǎng)，只有零星的細(xì)胞滲透進(jìn)支架內(nèi)

6、部。同時(shí)，細(xì)胞長(zhǎng)入大孔支架的深度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于無(wú)紡布支架。這些結(jié)果表明，3D大孔支架相對(duì)無(wú)紡布支架更有利于軟骨細(xì)胞的長(zhǎng)入，即纖維支架上的大孔結(jié)構(gòu)更有利于細(xì)胞的遷移和長(zhǎng)入支架內(nèi)部。
　　 綜上，本研究發(fā)展了一種基于絕緣模板形成各種圖案的納米纖維結(jié)構(gòu)的新方法;基于電紡明膠-聚己內(nèi)酯復(fù)合納米纖維的圖案化結(jié)構(gòu)構(gòu)建的三維大孔納米纖維基支架具有良好的理化特性及生物相容性;通過(guò)層層疊加的方式構(gòu)建的大孔3D納米纖維支架有利于軟骨細(xì)胞的浸潤(rùn)長(zhǎng)入，有望