静电纺纳米纤维支架在组织工程中的应用进展

摘要：综述了采用静电纺丝制备的纳米级纤维在人工皮肤、骨组织引导、神经修复、血管移植和心肌与骨骼肌再生等组织工程领域中作为支架材料的应用进展．

关键词：静电纺丝；纳米纤维；组织工程

中图分类号：ＴＱ３４０．６４文献标志码：Ａ

文章编号：１６７１－６１９１（２００７）０２－００１５－０４０引言

静电纺丝起源于１９世纪末ＬｏｒｄＲａｙｌｅｉｇｈ［１］发现的静电喷射，伴随纳米技术的兴起，经过一个多世纪的不断探索和研究，静电纺丝以其能够制备纳米级纤维而受到材料学和生物医学等不同研究领域的重视．高聚物溶液或熔体在高压静电作用下不断分化和拉伸形成纳米纤维，采用不同收集方法，可以获得平行排列［２］或无纺布状排列的纳米纤维膜（管）．

意外伤害等造成的骨、神经、血管、皮肤、心肌与骨骼肌等组织缺损，因自体难以供给和修复而成为医学界的难题．组织工程学的提出和发展为解决这一难题开辟了新的途径．利用工程学和生命科学原理，以生物材料为载体整合被分离细胞，在宿主体内降解释放细胞可形成新的功能性组织，目前已在骨引导、神经修复、血管移植和肌肉再生等领域取得较大进展，部分组织工程化组织已应用于临床并取得了稳定而持久的疗效［３］．

ＸｉｎｈｕａＺｏｎｇ［４］认为静电纺丝技术制备的具有三维结构的纳米纤维膜（管），比表面积大、

孔隙率高，纳米纤维直径与体内许多细胞尺寸相当，能够负载生长因子诱导细胞粘附、增殖和分化，对于体外细胞培

养，模拟细胞外基质构造具有特殊优势．ＬｏｒｅｎｚｏＭｏｒｏｎｉ［５］发现一步法就可形成复杂的、

具有孔隙和三维结构的细胞外基质结构，他利用聚氧乙烯对苯二甲酸酯（ＰＥＯＴ）和聚对苯二甲酸丁二醇酯（ＰＢＴ）的共聚物静电纺丝获得的１０μｍ、表面具有纳米孔的纤维最能促进尺寸为２０μｍ的人间叶干细胞的粘附和扩散．纳米纤维支架以其巨大的细胞外基质仿生潜能，近年来成为组织工程中不同种子细胞的培养支架材料．２００４年以来，关于静电纺制备纳米纤维应用的文献报道中近一半与组织工程有关，本文综述了在这些领域的研究进展．

１人工皮肤

Ｂｙｕｎｇ－ＭｏｏＭｉｎ［６］等人将具有良好生物性能的甲克质溶于六氟异丙醇（ＨＦＩＰ）静电纺丝后，获得的纳米纤维平均直径１００ｎｍ，由其构成的纳米纤维膜在４０％的ＮａＯＨ中于６０℃和１００℃脱乙酰，获得脱乙酰度为８０％的甲壳素纳米纤维，他们正研究该纤维膜的生物相容性和可降解性，以期能够用作伤口包覆材料．

韩国ＫｙｏｎｇＳｕＲｈｏ［７］等人将Ι型胶原溶解在ＨＦＩＰ中，在质量分数为８％时，纺丝形成由平均直径为静电纺纳米纤维支架在组织工程中的应用进展

尹桂波１，２

（１．南通纺织职业技术学院，南通２２６００７；２．苏州大学材料工程学院，苏州２１５０２１）

收稿日期：２００７－０４－１８

作者简介：尹桂波（１９７８－），男，山东潍坊人，南通纺织职业技术学院纺染技术系教师，苏州大学材料工程学院２００５级纺织材料与纺织品设计专业博士研究生，研究方向为纳米纤维材料及功能纺织材料。

基金项目：江苏省高校重点实验室开放基金项目（编号Ｓ８１１５０３３）。

南通纺织职业技术学院学报（综合版）ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮａｎｔｏｎｇＴｅｘｔｉｌｅＶｏｃａｔｉｏｎａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏｌｌｅｇｅＶｏｌ．７，Ｎｏ．２Ｊｕｎ．２００７

第７卷第２期

２００７年６月

１６南通纺织职业技术学院学报（综合版）２００７年

４６０ｎｍ的纤维构成的细胞支架，利用戊二醛饱和水溶液蒸汽化学交联１２ｈ提高强力后，用层粘连蛋白、Ι型胶原处理，研究角化细胞的培养性能．结果表明经细胞外基质蛋白处理的胶原纤维支架促进人表皮细胞、口腔细胞的粘附和增殖，并沿纤维取向生长．在鼠伤口包覆实验中组织观察发现，棉纱布包覆的伤口一周后出现纤维蛋白组织碎片，并观察到多形核白细胞和成纤维细胞的增殖．而胶原纳米纤维覆盖的伤口在一周后未发现组织碎片，成纤维细胞增殖明显并出现初生毛细血管．

２血管移植

血管内膜增生导致的管腔再狭窄乃至阻塞，是困扰血管外科的一大难题．荷兰Ｃ．Ｍ．Ｖａｚ［８］为模仿具有血管形态和力学性能的支架材料，利用静电纺丝技术，在旋转的圆柱上先以无序状沉积柔软的ＰＣＬ，然后调整转速收集刚性强、有序排列的聚丙交酯（ＰＬＡ）纤维，形成由直径为０．４￣６μｍ的纤维组成，最大孔径为１５μｍ的双层管，该管强度高（４．３ＭＰａ）、弹性大（最大伸长１０％），并具有降解性．在该管上种植人静脉肌成纤维细胞和鼠成纤维细胞，发现可以粘附、增殖和分化，他认为可以作为移植用血管支架材料．Ｊ．Ｖｅｎｕｇｏｐａｌ［９］则用ＰＣＬ形成纳米纤维支架后，表面经胶原蛋白处理，培养冠状动脉平滑肌细胞（ＳＭＣｓ），发现细胞保持表型并沿纤维取向生长，能够进入支架并形成平滑肌组织，初步研究表明可用作血管移植，Ｘｕ［１０］用ＰＬＡ、ＰＣＬ以７５∶２５比例共聚后形成的纳米纤维培养ＳＭＣｓ，发现具有相同的特征．

自体血管和合成血管因在口径等方面的限制，难以满足心脏血管搭桥手术的要求，容易引起血栓和内膜增生．ＪｏｅｌＳｔｉｔｚｅｌ［１１］利用４５％胶原蛋白、４０％聚乳酸－聚羟基乙酸共聚物（ＰＬＧＡ）和１５％弹性蛋白混合，溶解在ＨＦＩＰ中获得１５％（ｗ／ｖ）的纺丝液，静电纺丝形成纳米纤维构成的管状物，发现能够抵御１２倍正常收缩压，具有与天然血管相同的顺应性．种植牛血管内皮细胞和平滑肌细胞，中性红比色法和ＭＴＴ分析发现具有良好的生物相容性，细胞支架有利于细胞生长、增殖和分化．体内移植并进行ＨＥ组织学分析，发现没有引起局部和系统毒性，可见静电纺纳米纤维管状物在临床移植用血管中具有巨大潜力．心脏血管移植及其他软组织修复时，在短时间内获得高密度将有利于细胞间的功能相连，因此细胞需要在支架上进行长时间的种植和培养，这样才可以获得较高细胞密度后进行移植．为此，ＪｏｈｎＪ．Ｓｔａｎｋｕｓ［１２］等人利用具有生物可降解性和良好弹性的ＰＥＵＵ（聚醚氨酯脲）溶于ＨＦＩＰ进行静电纺丝，同时将动脉平滑肌细胞（ＳＭＣｓ）另外用喷嘴进行静电喷射，形成“微组装（ｍｉｃｒｏｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ）”结构．台盼蓝着色显示细胞活性与对照组相比没有下降，在该结构中静态培养７天，细胞数量增加１２２％，而常规ＴＣＰＳ只增加４０％；灌状培养４天、７天，细胞密度比静态培养分别提高１３１％、９８％．此外，该膜具有良好的弹性和较高强力，他们认为在短时间内获得较高细胞密度，可广泛用于软组织修复及血管移植等．

ＩｌＫｅｕｎＫｗｏｎ［１３］利用ＰＬＣＬ（ＰＬＬ－ＰＣＬ丙交酯与己内酯的共聚物）以二氯甲烷和ＨＦＩＰ为溶剂进行纺丝并种植人脐静脉内皮细胞（ＨＵＶＥＣｓ），发现在０．３μｍ和１．２μｍ直径上的细胞增殖与粘附明显比７μｍ的纤维好，他们认为该支架可以用于心脏血管和肌组织工程中．

Ｔ．Ａ．Ｔｅｌｅｍｅｃｏ［１４］利用胶原蛋白、明胶、ＰＬＡ、聚乙交酯（ＰＧＡ）及ＰＬＧＡ纺丝形成内径为２ｍｍ，厚度为２００￣２５０μｍ的管状物并移植到鼠股外侧肌表面．发现移植７天后，胶原支架很快被致密的间叶细胞和血管内皮细胞浸润，出现明显功能性血管，而明胶、ＰＬＡ、ＰＬＡ／ＰＧＡ未浸润并出现纤维化．他认为由静电纺纳米纤维形成的特殊支架形态促进了细胞的迁移和毛细血管的生成．

３神经修复

神经轴突在体内的不可再生性，使神经修复成为难题，而神经组织工程（ＮＴＥ）的发展为神经修复提供了可能．Ｙａｎｇ［２］等人曾经用液－液相分离的方法制备左旋聚乳酸（ＰＬＬＡ）纳米纤维，但难以控制纤维直径和取向，因而不适用于神经细胞支架．目前他们利用静电纺丝法，调整聚合物分子量、纺丝液流速、电场等控制纤维直径，滚筒收集速度为１０００ｒｐｍ时可获得有序排列的纤维．Ｙａｎｇ通过选择合适工艺形成由纳米、微米级纤维并以有序、无序排列形成的４种支架，首次培养神经干细胞（ＮＳＣ），探索其在神经修复中的应

用．激光扫描共聚焦显微镜

观察发现（见图１），神经细胞

和轴突沿纤维取向伸展和生

长，与微米级纤维支架相比，

细胞在纳米级纤维上的分化

率更高，在平行纤维上有助于

轴突生长，表明静电纺纳米纤

维支架在神经修复中具有重

要的应用价值．４骨引导生长

骨组织引导再生法是治疗下颚骨和牙槽骨缺陷的有效方法．此疗法中骨引导膜作为移植体和填充材料的包覆材料不但可促进组织的生长，还可阻止非功能性组织的长入，常用于牙齿和骨的移植等．临床上主要采用难降解的ＰＴＦＥ（聚四氟乙烯），骨长成后需要二次手术去除膜材料．新加坡国立大学Ｋ．Ｆｕｊｉｈａｒａ［１５］等人利用ＰＣＬ／ＣａＣＯ３以７５∶２５、２５∶７５（ｗ／ｗ）的比例进行共混静电纺丝并种植造骨细胞，ＭＴＳ分析发现以７５∶２５比例纺丝形成的纳米纤维膜的吸光度与常规培养板相同，表明具有良好的粘附和增殖效果．目前他们正研究纳米纤维膜的降解速率，以期达到降解与骨组织生长的同期性．

ＣｈｕｎｍｅｉＬｉ［１６］将丝素（ＳＦ）与骨形态形成蛋白（ＢＭＰ－２）共混及添加纳米级羟基磷灰石（ｎＨＡＰ）后，通过静电纺丝制得纤维支架，培养人骨髓间质干细胞（ｈＭＳＣｓ）研究体外骨形成，结果表明：静电纺丝素基支架能促进ｈＭＳＣｓ向成骨生长和分化，含有ＢＭＰ－２、ｎＨＡＰ的支架钙沉积最高并促进ＢＭＰ－２转录水平．ＣｈｕｎｍｅｉＬｉ认为静电纺丝素基支架在骨组织工程中具有良好的应用前景．

５心肌和骨骼肌再生

ＭｅｎｇｙａｎＬｉ［１７］利用导电性聚合物聚苯胺（ｐｏｌｙａｎｉｌｉｎｅ）与胶原蛋白共混静电纺丝并培养Ｈ９ｃ２鼠成肌细胞，结果发现细胞的增殖与粘附与普通细胞培养板（ＴＣＰ）和平滑玻璃板相同。他们试图通过添加电活性的高聚物形成“智能化”纳米纤维支架，目前他们正利用该支架研究电激对Ｈ９ｃ２鼠成肌细胞功能性的影响，以应用于心肌和神经组织工程中．

骨骼肌常在冷热、毒性等环境中损伤后不能再生，导致运动功能下降，甚至瘫痪．在体外形成肌组织不仅避免自体移植的二次伤害，还能形成肌肉再生的替代物，促进康复．意大利ＳｔｅｆａｎｉａＡ．Ｒｉｂｏｌｄｉ［１８］利用名为“ＤｅｇｒａＰｏｌ”

的嵌段可降解共聚物进行静电纺丝并培养Ｃ２Ｃ１２和Ｌ６细胞线和人星型细胞（ＨＳＣｓ），发现具有良好的粘附、分化特征，他们正研究高取向的纳米纤维支架，以提高取向，促进细胞间融合形成长而连续的肌纤维．

６结语

静电纺纳米纤维在组织工程中的应用研究目前主要集中于３个方面：①采用不同材料通过静电纺形成纳米纤维支架，种植不同细胞，探索其在不同组织修复中的应用，发现纳米纤维支架能够支持细胞的长入、粘附和增殖，为组织工程中的应用奠定了基础；②研究纤维形态对细胞培养性能的影响，目前发现纤维表面形态和纤维取向均能影响细胞生长；③研究纤维支架的降解性能，以满足体内移植时功能性组织的形成与支架降解速度一致，此方面的研究尚处于初步阶段．我国在此研究领域的起步较晚，鲜有文献报道．笔者所在的实验室首次在静电纺丝素基纳米纤维支架上成功种植人脐带血管细胞，发现纤维支架能促进细胞的粘附和增殖．目前正采用丝素与明胶、ＰＬＡ等共混，改善丝素纳米纤维的力学和生物学性能，通过特殊收集装置形成由纳米纤维构成的管状物，研究最终的目的是获得功能性移植血管．伴随纳米技

图１静电纺平行排列的ＰＬＬＡ纳米纤维及ＮＳＣｓ在

ＰＬＬＡ支架培养后的激光扫描共聚焦显微镜照片

尹桂波：静电纺纳米纤维支架在组织工程中的应用进展１７第２期

１８南通纺织职业技术学院学报（综合版）２００７年术和组织工程的发展，纳米纤维支架必将得到进一步的应用和开发．

参考文献：

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［９］Ｊ．Ｖｅｎｕｇｏｐａｌ，Ｌ．Ｌ．Ｍａ，Ｔ．Ｙｏｎｇｅｔ．．Ｉｎｖｉｔｒｏｓｔｕｄｙｏｆｓｍｏｏｔｈｍｕｓｃｌｅｃｅｌｌｓｏｎｐｏｌｙｃａｐｒｏｌａｃｔｏｎｅａｎｄｃｏｌｌａｇｅｎｎａｎｏｆｉｂｒｏｕｓｍａｔｒｉｃｅｓ［Ｊ］．ＣｅｌｌＢｉｏｌｏｇｙＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，２００５，（２９）：８６１－８６７．

［１０］Ｃ．Ｙ．Ｘｕ，Ｒ．Ｉｎａｉ，Ｍ．Ｋｏｔａｋｉ．Ａｌｉｇｎｅｄｂｉｏｄｅｇｒａｄａｂｌｅｎａｎｏｆｉｂｒｏｕｓｓｔｒｕｃｔｕｒｅ：ａｐｏｔｅｎｔｉａｌｓｃａｆｆｏｌｄｆｏｒｂｌｏｏｄｖｅｓｓｅｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ［Ｊ］．Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ，２００４，（２５）：８７７－８８６．

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［１２］ＪｏｈｎＪ．Ｓｔａｎｋｕｓ，ＪｉａｎｊｕｎＧｕａｎ，ＫａｚｕｒｏＦｕｊｉｍｏｔｏ．Ｍｉｃｒｏｉｎｔｅｇｒａｔｉｎｇｓｍｏｏｔｈｍｕｓｃｌｅｃｅｌｌｓｉｎｔｏａｂｉｏｄｅｇｒａｄａｂｌｅ，ｅｌａｓｔｏｍｅｒｉｃｆｉｂｅｒｍａｔｒｉｘ［Ｊ］．Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ，２００６，２７：７３５－７４４．

［１３］ＩｌＫｅｕｎＫｗｏｎ，ＳａｔｏｒｕＫｉｄｏａｋｉ，ＴａｋｅｈｉｓａＭａｔｓｕｄａ．Ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｕｎｎａｎｏ－ｔｏｍｉｃｒｏｆｉｂｅｒｆａｂｒｉｃｓｍａｄｅｏｆｂｉｏｄｅｇｒａｄａｂｌｅｃｏｐｏｌｙｅｓｔｅｒｓ：ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｃｅｌｌａｄｈｅｓｉｏｎｐｏｔｅｎｔｉａｌ［Ｊ］．Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ，２００５，（２６）：３９２９－３９３９．

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ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＥｌｅｃｔｒｏ－ｓｐｉｎｎｉｎｇ

ＮａｎｏｆｉｂｅｒＳｃａｆｆｏｌｄｓｉｎＴｉｓｓｕｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

ＹＩＮＧｕｉ－ｂｏ１，２

（１．ＮａｎｔｏｎｇＴｅｘｔｉｌｅＶｏｃａｔｉｏｎａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏｌｌｅｇｅ，Ｎａｎｔｏｎｇ２２６００７，Ｃｈｉｎａ；

２．ＭａｔｅｒｉａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｏｏｃｈｏｗＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｕｚｈｏｕ２１５０２１，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｅｌｅｃｔｒｏ－ｓｐｉｎｎｉｎｇｎａｎｏｆｉｂｅｒｓｃａｆｆｏｌｄｓｕｓｅｄｉｎｔｉｓｓｕｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ｓｕｃｈａｓａｒｔｉｆｉｃｉａｌｓｋｉｎ，ｇｕｉｄｅｄｂｏｎｅｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ，ｎｅｕｒａｌｒｅｐａｒａｔｉｏｎ，ｂｌｏｏｄｖｅｓｓｅｌｒｅｐｌａｎｔ，ｈｅａｒｔｏｒｓｋｅｌｅｔａｌｍｕｓｃｌｅ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｏ－ｓｐｉｎｎｉｎｇ；ｎａｎｏｆｉｂｅｒ；ｔｉｓｓｕｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

皮肤组织工程支架材料

中国生物工程杂志ＣｈｉｎａＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００５，２５（１０）：５８～６２ 皮肤组织工程支架材料术 曹成波１，４” 王一兵２ 沈翔３ 王 勇４ （１山东大学化学与化工学院 济南２５０１００ ２山东省立医院济南２５００２１） （３山东大学材料科学与工程学院济南２５００６１） （４山东大学控制科学与工程学院生物医学工程研究所济南２５００６１） 摘要皮肤组织工程支架材料为种子细胞提供生长和代谢的环境，是人工皮肤研究中的重要内容，可按来源分为合成支架材料和天然支架材料。近几年的研究重点是：前者通过表面仿生技术增强其对细胞的黏附性；后者通过物理或化学方法提高其力学性能和渗透性等。今后应重点研究以下内容：深入研究合成支架材料的表面改性，进一步提高其引导细胞行为的功能，促进材料对细胞的黏附；进一步提高天然支架材料的微观渗透性和生物活性，促进毛细血管的长入；制备结构仿生支架材料及高活性复合支架材料。 关键词 皮肤组织工程合成支架材料天然支架材料仿生支架材料 目前最成功的组织工程产品是人工皮肤，已经商 品化的主要有美国的Ｉｎｔｅ目阻、ＡⅡｏｄｅ咖、Ｄｅｍ妒Ｒ、 Ａｐｌｉｇｒａｆ等。但现有人工皮肤并不具备完整的皮肤结构和功能，没有达到人工重建皮肤的目的，因此，近些年国内外众多研究者都在为实现真正意义上的人工皮肤而努力。皮肤组织工程支架材料作为细胞外基质，为细胞提供了黏附、生长、迁移、增殖和分化的环境，在人工皮肤的构建中起着关键作用，是皮肤组织工程的重 要研究内容，现简要综掘醚跨筏捌糖糍搦醚珏馨饔隧嘴黧罐壁同源ｊ 蓁雾舞夔简瑟霆 鳇羹羹毳霭鞋堡塑召型娶学王莶撂短皓璎黑凿荐 揩羹委鬣涩冶氇囊引耐羹需满；嘉鞍ｉ秭影孙ｉ鬟ｒｏｔｅｉｎ，ｃＨ Ｐ）也被称为钠氢离子交换活性 调节亚单位，是ＮＨＥ的结合蛋白。各种ｃＨＰ亚型表达在不同的组织细胞，ＣＨＰｌ广泛表达在各种组织细胞旧￣９Ｊ，ｃＨＰ２表达在部分肿瘤组织细胞和细胞系［３，１０“川，ＣＨＰｌ３表达在分化阶段的心、脑、肾等组织细胞ｐ，１３Ｊ。各种ｃＨＰ亚型扮演着不同的角色，分别影响ＮＨＥ活性，进而影响细胞内ｐＨ值变化，及肿瘤细胞生长和疾病进程［３“３｜。 我们重点研究ｃＨＰｌ与ＮＨＥｌ结合部位、结合方式，以及ＣＨＰ对ＮＨＥｌ活性调节作用。观察ｃＨＰ调节ＮＨＥｌ活性对细胞生长和死亡的影响。 收稿日期：２００５ＪＤ４ＪＤ５ 修回日期：２００５．０６旬７ ｛天津市科委应用基础基金资助项目（０５ＹＦＪⅢｃ０２１００）十，通讯作者，电子信箱：ｔｉａＩＩｘｉ８Ｉｌ印ａ１１９＠ｙａｌｌｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎ １ 材料与方法 １．１材料和设备 １．１．１材料人体多种组织ｃＤＮＡ、真核细胞表达质粒ｐＥＧＦＰ—Ｎ１均购自ｃｌｏｒｌｔｅｃｈ公司，细胞培养液ＤＭＥＭ购自Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ公司，同位素２２Ｎａ＋购自ＰｅｒｋｉｎＥｌｍｅｒ Ｌｉｆｅ ｓｃｉｅｎｃｅ公司。ＮＨＥｌ的抑制剂ＥＩＰＡ由日本国大阪新药特药研究室提供。ＮＨＥ表达缺失的Ｐｓｌ２０细胞系，包含野生型人ＮＨＥｌ的真核细胞表达质粒ｐＥｃＥ，抗人ＮＨＥｌ多克隆抗体、抗人ｃＨＰｌ多克隆抗体均由日本国家循环系统疾病中心研究所赠送。抗人ＮＨＥｌ多克隆 抗体的抗原决定簇是人ＮＨＥｌ细胞质区域氨基酸残 基；抗ｃＨＰｌ多克隆抗体的抗原决定簇是人ｃＨＰｌ全部氨基酸残基。１．１．２设备细胞内阳离子测定系统、共聚焦荧光显微镜（ＭＲｃ－１０２４ｃｏｎ‰ａｌｍｉｃｒｏｓｃ叩ｅ）、放射线检测仪。１．２分析方法 应用共聚焦荧光显微镜检测ｃＨＰｌ．ＧＦＰ融合蛋白在细胞内分布，研究细胞内ｃＨＰｌ定位。用放射线检测仪计数细胞摄入放射性钠的数值。应用显微镜计数分

静电纺纳米纤维与药物控制释放

静电纺纳米纤维与药物控制释放 陈义旺博士、教授、博士生导师、洪堡学者。南昌大学化学系主任，理学院副院长。 摘要 将抗肿瘤药物通过静电纺丝的方法装载到纳米纤维中以实现药物的控制释放，载药纳米纤维具有较低的药物突释效应，延长药物释放时间，并且从纳米纤维中缓释的抗肿瘤药物能很好地抑制HepG-2细胞的生长。负载抗肿瘤药物的电纺纳米纤维膜纤维能很好的应用于药物缓释系统，对肿瘤进行定位治疗及癌症手术后的化疗有很好的应用前景。 药物的控制释放一直是药物治疗领域中的重要课题。纳米纤维具有纵横交错的纳米孔结构、尺寸可控性好、比表面积大，是一种良好的新型载药系统；纳米纤维是封装药物的理想材料，它不但能将固体药物以颗粒形式封装入纤维内，还可以将液体药物以双层纤维或链珠状纤维形式进行封装[1,2]。因此，纳米纤维及其复合材料在药物控释系统、组织工程支架、伤口敷料等领域均得到了广泛的应用[3,4]。 研究内容 1.溶液电纺或乳液电纺PEG-PLLA/明胶复合纤维纳米纤维担载亲水/疏水药物控制释放及抗肿 瘤活性研究[5-7]应用。PEG-PLLA纳米纤维作为大环内酯类抗生素药物布雷菲德菌素A（BFA）的控制释放系统，用HPLC测定药物BFA在PBS溶液中的释放曲线，结果表明药物可以长时间的控制释放。用MTT法对含有3%，6%，9%，12%和15%BFA的纳米纤维进行体外抗肿瘤活性测试（人肝癌HepG2细胞），细胞生长抑制率在72h分别为64%，77%，80%，81%和85%。结果证明担载BFA的PEG-PLLA纳米纤维（BFA/PEG-PLLA）的对药物BFA 有很好的控释效果，适合癌症的术后化疗。通过乳液电纺方法成功将亲水药物头孢拉定及疏水的药物五氟尿嘧啶装载入PLGA纤维中，同时装载天然蛋白明胶来提高纤维的细胞粘附能力。装载明胶的纤维具有很好亲水性及力学性能，乳液电纺纤维具有低的药物突释效应，具有低的毒性

纳米纤维支架

International Journal of Biological Macromolecules 48 (2011) 571–576 Contents lists available at ScienceDirect International Journal of Biological Macromolecules j o u r n a l h o m e p a g e :w w w.e l s e v i e r.c o m /l o c a t e /i j b i o m a c Fabrication of chitosan/poly(caprolactone)nano?brous scaffold for bone and skin tissue engineering K.T.Shalumon a ,K.H.Anulekha a ,K.P.Chennazhi a ,H.Tamura b ,S.V.Nair a ,?,R.Jayakumar a ,? a Amrita Center for Nanosciences and Molecular Medicine,Amrita Institute of Medical Sciences and Research Centre,Amrita Viswa Vidyapeetham,Kochi 682041,India b Faculty of Chemistry,Materials and Bioengineering and High Technology Research Centre,Kansai University,Osaka 564-8680,Japan a r t i c l e i n f o Article history: Received 15December 2010 Received in revised form 18January 2011Accepted 24January 2011 Available online 1 February 2011Key words:Chitosan Tissue engineering Poly(caprolactone)Nano?bers Contact angle a b s t r a c t Chitosan/poly(caprolactone)(CS/PCL)nano?brous scaffold was prepared by a single step electrospinning technique.The presence of CS in CS/PCL scaffold aided a signi?cant improvement in the hydrophilicity of the scaffold as con?rmed by a decrease in contact angle,which thereby enhanced bioactivity and protein adsorption on the scaffold.The cyto-compatibility of the CS/PCL scaffold was examined using human osteoscarcoma cells (MG63)and found to be non toxic.Moreover,CS/PCL scaffold was found to support the attachment and proliferation of various cell lines such as mouse embryo ?broblasts (NIH3T3),murine aneuploid ?bro sarcoma (L929),and MG63cells.Cell attachment and proliferation was further con?rmed by nuclear staining using 4 ,6-diamidino-2-phenylindole (DAPI).All these results indicate that CS/PCL nano?brous scaffold would be an excellent system for bone and skin tissue engineering. ? 2011 Elsevier B.V. All rights reserved. 1.Introduction Tissue engineering,a combination of principles of engineering and life sciences to improve tissue function has evolved decades ago [1].The main aspect of tissue engineering is the develop-ment of a suitable scaffold which can mimic the extra cellular matrix.Natural extra cellular matrix is a combination of proteo-glycans (glycosaminoglycans)and ?brous proteins.Certain speci?c requirements of the scaffolds for tissue reconstruction are ade-quate pore size for cell seeding,diffusability throughout the matrix,and biodegradability.The design of a scaffold involves the selec-tion of a suitable material which is biodegradable,biocompatible as well as non toxic to the cells,selection of a suitable method/type of scaffold which can provide better surface for cell attachment,proliferation and differentiation.The extra cellular environment formed on nano?bers compared to that on solid-walled surfaces has led to the report of increased cellular attachment with several cell lines including osteoblastic cells [2,3],?broblasts [4],normal rat kidney cells,smooth muscle cells [5],neural stem cells [6],and embryonic stem cells [7].This increased attachment across various cell types provides tissue engineers,a potential tool to generate functional tissues in shorter time frames than would be possible on more traditional scaffolds.As of now so many nat- ?Corresponding authors.Tel.:+914842801234;fax:+914842802020.E-mail addresses:nairshanti@https://www.wendangku.net/doc/fb3869936.html, (S.V.Nair), rjayakumar@https://www.wendangku.net/doc/fb3869936.html, ,jayakumar77@https://www.wendangku.net/doc/fb3869936.html, (R.Jayakumar).ural and synthetic polymers as well as their blends have been tried in this case.A wide variety of polymers are used in fabri-cating scaffolds viz-poly(lactic acid)[6],poly(glycolic acid)[8,9],poly(lactic-co-glycolic acid)[10],poly(caprolactone)[11],or natu-ral ones such as collagen [12],gelatin [13],silk [14]and chitosan [15,16].Recently there is seen a growing interest in the produc-tion of scaffolds by using natural polymers like chitin [17,18],chitosan [19,20],alginate [21],collagen [22],gelatin [23–25]etc.,due to their non-toxicity,enhanced biocompatibility,cell adhe-sion and proliferation.Since the use of natural polymers have certain disadvantages like low stability,toxic degradation products which can be harmful to the cells,the natural polymers are often blended with synthetic polymers [26,27].Also this have enhanced mechanical properties,degradation stability and enhanced af?n-ity to the cellular components.Chitin and chitosan have been used as scaffolds due to their biodegradability,hydrophilicity,non-antigenicity,non-toxicity,antimicrobial activity,bio adherence and cell af?nity,which make chitosan the ideal candidate for uses in a wide range of applications [28–31].The scaffold material in our study is a blend of chitosan and polycaprolactone nano?bers obtained by single step electrospinning.In this technique the poly-mer solution is pumped through a syringe,forms ?bers when high electric ?eld is applied.When the applied ?eld overcomes the sur-face tension of the polymer solution,the polymer forms continuous ?laments and can be collected in a collector which is grounded.Many properties of PCL such as thermal degradation,hydrophilic-ity,biodegradability and mechanical properties can be improved by incorporation of CS in PCL [32].The blend of the both polymers 0141-8130/$–see front matter ? 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.doi:10.1016/j.ijbiomac.2011.01.020

通过静电纺丝技术制备导电高分子纳米纤维【开题报告】

开题报告 应用化学 通过静电纺丝技术制备导电高分子纳米纤维 一、选题的背景与意义 静电纺丝技术是目前制备纳米纤维最重要的基本方法。由于能直接、连续制备聚合物纳米纤维，因而成为国内外的研究热点。利用静电纺丝技术制备导电聚合物纤维是今年来发展起来的一项新的技术，然而由于导电高分子具有不溶，不熔的特点，利用静电纺丝技术制备导电聚合物纤维过程中遇到了许多困难，主要的问题在于：第一，导电聚合物刚性结构的特性使得静电纺丝过程难以进行；第二，大多数关于静电纺丝制备导电聚合物纤维的研究和应用仅仅处于实验室阶段，因此，必须通过更加深入的研究来探索静电纺丝技术制备聚合物纤维的最科学、最有效的方法，这将作为一个刺激，来实现在工业中大规模生产可控、可重复利用的静电纺丝聚合体纤维。 二、研究的基本内容与拟解决的主要问题： 综述利用静电纺丝技术制备导电聚合物纳米纤维的方法及相应的导电聚合物纤维的用途，综合对比各种方法的优缺点。 制备聚2乙烯基吡啶纳米纤维，利用它作为模板制备聚吡咯纳米纤维，尝试新的合成导电聚合物纳米纤维的方法。 三、研究的方法与技术路线： 合成聚2乙烯基吡啶，将2-乙烯基吡啶在引发剂存在聚合，产生聚2-乙烯基吡啶。 将聚2-乙烯基吡啶同氯金酸混合后，通过静电纺丝直接在高压下纺成纳米纤维。 上述纳米纤维在吡咯蒸汽中进行气相聚合，制备成核壳结构的聚吡咯纳米纤维。四、研究的总体安排与进度： 2010.07.08至2010.07.11：翻译文献，熟悉实验流程，设计实验步骤； 2010.07.12至2010.08.10：通过静电纺丝技术制备导电高分子纳米纤维；2010.11.08至2010.12.25：完成文献综述，文献翻译和开题报告； 2011.04.18至2011.05.08：撰写论文，准备答辩； 2011.05.12至2011.05.19：论文答辩。 五、主要参考文献： [1].Ioannis S. Chronakis , Sven Grapenson , Alexandra Jakob . Science Direct

纳米纤维

纳米纤维的研究应用及其成型技术 闫晓辉化工学院材料学110030324 摘要：当聚合物纤维的尺度从微米或亚微米级降至纳米级时，就会显示出某些奇特的物理和生化性能。本文阐述了纳米纤维的基本特性，列举了相关的一些前沿应用进展，并介绍了制备纳米纤维的几种成型工艺。 关键词：纳米纤维，应用，成型技术 一、纳米纤维的概述 纤维对大家来说是十分熟悉的，如日常生活中作为服装材料用的羊毛、蚕丝、亚麻、棉花等都是天然纤维；20世纪出现的化学纤维工业，为人类提供了各种各样的合成纤维和人造纤维；还有金属纤维、矿物纤维和陶瓷纤维等。作为纤维有两个明显的几何特征：第一是纤维有较大的长度/直径比，例如蚕丝和化学纤维的长丝都可认为长度/直径比趋于无穷大；第二是纤维的直径必须比较细，这是出现一定柔韧性所必需的。传统普通纤维材料的直径多为5～50μm；最新开发的超细纤维直径可达0.4～4μm。由此可见，超细纤维也仅是与蚕丝直径相当或稍细的纤维，其直径绝对值只能达到微米或亚微米级，还不是真正意义上的超细纤维。 纳米是一个长度单位，1nm=10-9m。纳米量级一般是指1～100nm的尺度范围。纳米科技的发展，将会给纤维科学与工程带来新的观念。对纳米纤维定义其直径是1～100nm的纤维，即一维纳米材料。纳米纤维按获取途径可以分为天然纳米纤维和人造纳米纤维。纳米纤维(nanofiber)从广义上讲包括纤维直径为纳米量级的超细纤维，还包括将纳米颗粒填充到普通纤维中对其进行改性的纤维。后者是目前国内外开发的热点；采用性能不同的纳米颗粒，可开发阻燃、抗菌、抗静电、防紫外线、抗电磁屏蔽等各种功能性纤维[1]。而对于前者，才是真正意义上的纳米纤维（一维纳米材料），由于其极大的比表面积和表面积－体积比所表现出的特殊性能，日益引起科学家们的重视。天然纳米纤维由生物体产生。生物体内的大分子，如核酸（DNA 及RNA）、蛋白质、纤维素及多糖，在生命活动中起着决定作用。一些科学家认为，阐明生命科学中的高分子化学基础或者高分子化学模拟是高分子化学今后的主要研

静电纺丝技术研究及纳米纤维的应用前景..

静电纺丝技术研究及纳米纤维的应用前景 引言： 术语“电纺”来源于“静电纺丝”。虽然电纺这一术语是20世纪90年代才开始使用，但是其基本思想可以追述到60年前。1934一1944年间，FomalaS[1]申请了一系列的专利，发明了用静电场力来制备聚合物纤维的实验装置。1952年，vonnegut和NeubauerI53)发明了电场离子化技术，得到了粒径(0.lmm)均匀、带电程度高的线流。1955年，Drozin进行了不同液体在高电压下，形成气溶胶的研究。1966年，Simons发明了一种装置，用静电场纺丝法制备出了很轻超薄的无纺织物，他在研究中发现，低浓度溶液纺出的纤维较短且细;高浓度溶液纺出的纤维长且连续[2]。1971年，Baumgarten采用静电纺丝法制备出了直径在0.05u m一1.1um的丙烯酸纤维。自从80年代，特别是近些年，由于纳米技术的兴起，使得静电纺丝技术再度引起了纳米材料研究人员的高度关注。采用静电纺丝技术可以很容易的制备出直径在几百微米到几百纳米甚至几十纳米的高质量纤维。目前为止，己经有近上百种高分子采用静电纺丝技术被纺成纳/微米纤维。这些纳/微米纤维有些己经广泛应用于纳米复合材料、传感器、薄膜制造、过滤装置，以及生物医用材料的加工和制造上。本文立足于静电纺丝技术的研究现状，分别从材料的化学组成、纤维的分布方式和特殊结构形态三个方面进行了阐述。同时，概括并展望了纳米纤维的应用领域与前景。 1静电纺丝的基本原理 在电纺丝过程中，喷射装置中装满了充电的聚合物溶液或熔融液。在外加电场作用下，受表面张力作用而保持在喷嘴处的高分子液滴，在电场诱导下表面聚集电荷，受到一个与表面张力方向相反的电场力。当电场逐渐增强时，喷嘴处的液滴由球状被拉长为锥状，形成所谓的“泰勒锥”(Taylorcone)[3-6]。而当电场强度增加至一个临界值时，电场力就会液体的表面张力，从“泰勒锥”中喷出。喷射流在高电场的作用下发生震荡而不稳，产生频率极高的不规则性螺旋运动。

纳米纤维概述

纳米纤维概述 1.纳米纤维的概念 纳米纤维是指直径处在纳米尺度范围(1～100nm)内的纤维，根据其组成成分可分为聚合物纳米纤维、无机纳米纤维及有机/无机复合纳米纤维。纳米纤维具有孔隙率高、比表面积大、长径比大、表面能和活性高、纤维精细程度和均一性高等特点，同时纳米纤维还具有纳米材料的一些特殊性质，如由量子尺寸效应和宏观量子隧道效应带来的特殊的电学、磁学、光学性质[1]。纳米纤维主要应用在分离和过滤、生物及医学治疗、电池材料、聚合物增强、电子和光学设备和酶及催化作用等方面。 2.纳米纤维的制备方法 随着纳米纤维材料在各领域应用技术的不断发展,纳米纤维的制备技术也得到了进一步开发与创新。到目前为止，纳米纤维的制备方法主要包括化学法、相分离法、自组装法和纺丝加工法等。而纺丝加工法被认为是规模化制备高聚物纳米纤维最有前景的方法,主要包括静电纺丝法、双组份复合纺丝法、熔喷法和激光拉伸法等。 2.1静电纺丝法 静电纺丝法是近年来应用最多、发展最快的纳米纤维制备方法[2-4]，其原理是聚合物溶液或熔体被加上几千至几万伏的高压静电，从而在毛细管和接地的接收装置间产生一个强大的电场力，随着电场力的增大，毛细管末端呈半球状的液滴在电场力的作用下将被拉伸成圆锥状，即泰勒锥。当外加静电压增大且超过某一临界值时，聚合物溶液所受电场力将克服其本身的表面张力和黏滞力而形成喷射细流，在喷射出后高聚物流体因溶剂挥发或熔体冷却固化而形成亚微米或纳米级的高聚物纤维，最后由接地的接收装置收集。利用静电纺丝法可制备得到多种聚合物纳米纤维,而采用不同的装置可收集获得无序排列的纳米纤维毡或定向排列的纳米纤维束,也可制备空心结构、实心结构、芯--核结构的纳米纤维,满足其在不同领域的应用需要。 2.2双组份复合纺丝法 双组份复合纺丝法制备超细纤维主要以海岛型和裂片型复合纤维为主[5-7]，其原理是将两种聚合物经特殊设计的分配板和喷丝板纺丝，制备海岛型或裂片型的复合纤维。将海岛型复合纤维中的“海”组份利用溶剂溶解去除或者将裂片型复合纤维进一步裂解后，即得到超细纤维。双组份复合纺丝法的关键技术是喷丝板的设计，选择不同规格的喷丝板，能够制备得到不同形态和尺寸的超细纤维[8]。Fedorova等[9]以PA6为“岛”，PLA为“海”，利用复合纺丝法制备得到PA6/PLA 复合纤维，然后选择溶剂将作为“海”组分的PLA基体相去除，最终获得尺寸为微纳米级的PA6纤维。研究发现，当“岛”的数量增加至360个时，制备所得纳米纤维的直径为360nm。 海岛型纺丝法要求设备精度比较高，要求海与岛组分要在同一个轴向上，而且海的组分的聚合物溶出也影响纤维成型的品质。但海岛纺丝机成本较高、较复杂，匹配的海、岛纤维也不易找寻，目前为止还无法大批量生产。

组织工程材料

一、组织工程学是集生物工程、细胞生物学、分子生物学、生医材料、生物技术、生物化学、 生物力学以及临床医学于一体的一门交叉学科。 A、概况：1、几丁聚糖具有很强的抗菌力，促进肉芽生长和皮肤再生的效能，可用于 制造人工皮肤，或治疗烧伤、烫伤，加速外伤愈合。 2、用几丁聚糖制成人工皮肤不会发生人体排斥反应带来的一系列问题。 这种人工皮肤和身体亲和力强，可被人体吸收，可使皮肤愈合良好。它还有促 使细胞活化的作用，可大量产生胶原纤维，不会留下伤疤。 B、基本原理和方法：将体外培养扩增的正常组织细胞，吸附于一种生物相容性良好并可被机体吸收的生物材料上形成复合物，将细胞-生物材料复合物植入机体组织、器官的病损病分，细胞在生物材料逐渐被机体降解吸收的过程中形成新的在形态和功能方面与相应器官、组织相一致的组织，而达到修复创伤和重建功能的目的。 C、核心：建立由细胞和生物材料构成的三维复合体 D、三要素： 种子细胞(Cell) －增殖、分化、自组装成组织和器官 信号因子(细胞因子或生长因子，Growth factor) －调节细胞的增殖和分化 支架材料（scaffold）（细胞外基质，Extracellular matrix, ECM) －支撑和指导细胞增殖、分化 二、组织工程的步骤与方法将细胞取得，快速培养后再植入支架，使细胞依着支架材料的形状长出新的再生组织，最后长好的组织再移植入人体。 A、支架──细胞的家 B、想要让细胞长成我们所预期的器官构造，如果缺乏细胞的立足点，也就是作为细胞生长温床的「支架」，是一件不可能的任务。 组织工程利用特殊的生物高分子材料建构出三度空间的立体框架，让植入的细胞可以在其中生长并增生。 支架的功能不仅仅当作细胞生长的框架结构，更可以进一步地控制引导细胞朝特定的方向生长、分化。 三、支架要求：1、支架必须有许多彼此连接的孔洞的要求，以便细胞和营养液流通。 这些孔洞的大小，必须要能让细胞通过。 2、因为要让细胞附着在支架上繁衍成长，所以支架的材料必须是没 有毒性，具有生物兼容性，才不会伤害细胞及患者。支架的表面需适合细 胞附着，才能使细胞「安居乐业」。 3、支架若能在细胞繁殖的期间，同时分解成对人体无害的物质。材 料的选用仍须考虑适当的分解速率，以配合细胞的繁殖速率 4、因为支架终究将移植入体内，所以必须具备一定的强度，不然整 个结构可能受体内各种外力的影响而垮掉。所以，在考虑孔洞大小的时候， 不可忽略整个结构的强度。 四、组织工程支架要求： 1、符合生物安全性要求 2、合适的可生物降解吸收性

超疏水静电纺丝纳米纤维

超疏水静电纺丝纳米纤维 摘要：这篇文章介绍了最先进的静电纺丝纳米纤维的科技发展，以及它在自清洁簿膜、智能响应材料和其他相关领域的应用。超疏水自清洁，也成为“荷叶效应”，就是利用表面化学结构和拓扑学的正确结合，在表面形成了一个非常大的接触角并且通过重力使水带着表面上的污垢、颗粒以及其他污染物离开表面。本文简单介绍了超疏水自清洁的理论和静电纺丝过程中的基本原则，为了生成超疏水自清洁表面还讨论了静电纺丝过程的各种参数，这些参数可以有效的控制疏水实体的多渗透性结构的粗糙度，静电纺丝在纳米尺寸上的主要原则以及在通过静电纺丝合成一维材料时存在的困难也被完全的隐藏。另外，本文还比较了不同的静电纺丝纳米纤维的超疏水性能以及它们的科技应用。 关键字：超疏水静电纺丝纳米纤维性能应用展望

Superhydrophobic electrospun nanofibers Abstract: This review describes state-of-the-art scientific and technological developments of electrospun nanofibers and their use in self-cleaning membranes, responsive smart materials, and other related applications. Superhydrophobic self-cleaning, also called the lotus effect, utilizes the right combinations of surface chemistry and topology to form a very high contact angle on a surface and drive water droplets away from it, carrying with them dirt, particles, and other contaminants by way of gravity. A brief introduction to the theory of superhydrophobic self-cleaning and the basic principles of the electrospinning process is presented. Also discussed is electrospinning for the purpose of creating superhydrophobic self-cleaning surfaces under a wide variety of parameters that allow effective control of roughness of the porous structure with hydrophobic entities. The main principle of electrospinning at the nanoscale and existing difficulties in synthesis of one-dimensional materials by electrospinning are also covered thoroughly. The results of different electrospun nanofibers are compared to each other in terms of their superhydrophobic properties and their scientific and technological applications. Key words: superhydrophobic; electrospinning; nanofibers; properties; applications; outlook

基于MXene复合纳米纤维支架的可穿戴电容压力传感器用于人体生理信号采集

ACS Appl. Mater. Interfaces：基于MXene复合纳米纤维支架的可穿戴电容压力传感器用于人体生理信号采集 DOI: 10.1021/acsami.0c05819 近年来，具有柔性、生物相容性和可拉伸性的高灵敏度压力传感器在可穿戴电子设备和智能皮肤领域引起了广泛关注。然而，要同时实现传感器的高灵敏度和低成本化，并获得最佳的机械稳定性和超低的检测极限，以用于精细的生理信号监测设备，是一个相当大的挑战。针对上述问题，本文报道了一种用于超低压测量的高灵敏度、高可靠性电容压力传感器（CPS）的简易制备方法，通过将MXene （Ti3C2Tx）/聚偏二氟-三氟乙烯（PVDF-TrFE）复合纳米纤维支架（CNS）夹在生物相容性聚（3，4-亚乙基二氧噻吩）聚苯乙烯磺酸（PEDOT:PSS）/聚二甲基硅氧烷（PDMS）电极之间作为介电层。所制备的传感器具有0.51 kPa-1的高灵敏度和1.5 Pa的最低检测限。此外，它还可以在较宽的压力范围（0-400 kPa）内实现线性传感，即使在超高压（大于167 kPa）下也能在10000次循环期间实现较高的可靠性。与原始PVDF-TrFE纳米纤维支架相比，通过MXene 负载可提高纳米纤维基传感器的灵敏度，从而将介电常数提高至40，压缩模量降低至58％。该传感器可通过监测生理信号（脉搏率、呼吸、肌肉运动和眼部抽搐）来确定患者的健康状况，是下一代人机界面设备的良好候选设备。

图https://www.wendangku.net/doc/fb3869936.html,S基压力传感器的制备过程和结构。（a）展示CNS基压力传感器的制备过程示意图。（b）CNS的TEM图像，显示单层和多层MXene纳米薄片。插图为高分辨率的TEM，显示与MXene（002）平面相对应的0.93 nm的层间距。（c）照片显示不同MXene浓度的CNS和制成的传感器。（d）CNS的FESEM 图像，插图显示更高放大倍率下的形态。（e）复合纳米纤维的EDS图显示了C、F、O和Ti元素。

认识静电纺丝

静电纺丝即在高压静电下用聚合物溶液进行纺丝的过程。静电纺丝可以制备直径在几十到几百纳米的纤维，产品具有较高的孔隙率和较大的比表面积，成分多样化，直径分布均匀，在生物医学、环境工程以及纺织等领域具有很高的应用价值。 原理 将聚合物溶液或熔体带上几千至上万伏高压静电，带电的聚合物液滴在电场力的作用下在毛细管的Taylor锥顶点被加速。 当电场力足够大时，聚合物液滴克服表面张力形成喷射细流。在细流喷射过程中溶剂蒸发或固化，最终落在接收装置上，形成类似非织造布状的纤维毡。

装置 静电纺丝的装置主要由推进泵、注射器、高压电源以及接收装置组成。其中，高压电源的正极与负极分别与注射器针头和接收装置相连，而接收装置的形式也是多样化的，可以是静止的平面、高速转动的滚筒或者圆盘。纺丝的参数设置、环境条件等对纺丝过程的影响至关重要。 高聚物

目前静电纺丝技术已经可用于几十种不同的高分子聚合物，既包括聚酯、聚酰胺、聚乙烯醇、聚丙烯腈等柔性高聚物的静电纺丝，也包括聚氨酯弹性体的静电纺丝以及液晶态的刚性高分子聚对苯二甲酰对苯二胺等的静电纺丝。 影响因素 静电纺丝法制备纳米纤维的影响因素很多，这些因素可分为溶液性质，如黏度、弹性、电导率和表面张力；控制变量，如毛细管中的静电压、毛细管口的电势和毛细管口与收集器之间的距离；环境参数，如溶液温度、纺丝环境中的空气湿度和温度、气流速度等。 溶液黏度对纤维性能的影响 同轴静电纺丝

同轴静电纺是在静电纺的基础上改造而来，其基本原理是在两个内径不同但同轴的毛细管中分别注入芯质和壳质溶液，二者在喷头末端汇合，在电场力的作用下固化成为复合纳米纤维。 同轴静电纺丝解决了纺丝时纺丝液必须是均一体系的缺陷，所制备的同轴纤维在均匀性、连续性上都优于其它方法得到的纤维。采用同轴静电纺丝的方法可以制得中空纤维和纳米复合纤维等。 应用

组织工程支架材料

组织工程支架材料 颜文龙　孙恩杰　郭海英　刘　东 武汉理工大学生物科学与技术系　(武汉430070) 【摘要】　用于组织工程支架构建的生物材料,分为胶原、多糖、无机及生物衍生物等天然材料和聚酯、聚氨基酸、聚乙二醇等人工合成可生物降解材料两大类,此文分别对它们的研究进行了综述。 【关键词】　组织工程　天然材料　可生物降解材料 Scaffold materials for tissue engineering Y en Wen Long　Sun En Jie　G uo Hai Y ing　Liu D ong Department of Biological Science and T echnology,Wuhan University of T echnology(Wuhan430007) 【Abstract】　Development in researches of Scaffold materials for tissue engineering are reviewed in this paper. These materials include naturally derived ones such as collagen,polysaccharides and inorganic materials as well as degrad2 able polymers such as polyesters,polyamides and polyethylene glycol. 【K ey w ords】　tissue engineering　naturally derived material　degradable material 组织工程学是近来发展起来的一门新学科,是材料学、工程学和生命科学共同发展并相互融合的产物,其最基本的思路是在体外分离、培养细胞,将一定量的细胞接种到具有一定空间结构的支架上,通过细胞之间的相互黏附、生长繁殖、分泌细胞外基质,从而形成具有一定结构和功能的组织或器官[1]。现在美国每年要进行80万例骨嫁接手术[2],据报道从1990年到现在已经有35亿美元应用到有关组织工程的研究与应用上[3]。 材料作为组织工程研究的人工细胞外基质(ex2 tracellular matrix,EC M),是组织工程研究的一个重要的方面,它为细胞的停泊、生长、繁殖、新陈代谢、新组织的形成提供支持。目前研究的较多的有以下两种:天然生物材料和人工合成的可生物降解聚合物。 1　天然生物材料 天然材料来源于动植物或者人体,由于其与细胞相容性好,常用来构建组织工程用支架。主要可以分为胶原、聚糖以及无机及生物衍生材料。天然材料的优势在于它们含有有利于细胞吸附或维持不同功能的物质(如特定的蛋白质),但是天然材料重现性差、不能大批量生产,同时异种移植的问题以及可能会带来不可预计的异种生物携带的病毒基因限制了这类材料的应用。 1.1　胶原　作为哺乳动物体内主要的结构蛋白,胶原来源丰富。由于在进化过程中的保守性,胶原保留了原始的氨基酸顺序,以此制作的支架材料具有无抗原性、生物相容性好等优点,已经通过美国FDA 认证,在止血、促进伤口愈合、创面敷料、骨移植替代材料、组织再生诱导物方面得到广泛应用[4]。 胶原支架在体内通过连续酶解作用而逐渐降解,可以通过控制支架的密度及交联其它分子来调节支架的降解率及降解速度。密度越低,支架孔隙率就越大,使得更多的细胞易于向支架内部生长,支架的降解率就更高;通过交联特定分子戊二醛、甲醛等则可保护支架免受酶的攻击而降低降解速度,同时使胶原支架机械性能得以改善[5]。胶原本身所包含的细胞黏附信号肽序列(RG D)也可以引导细胞对支架材料的特定的识别,有助于保持许多细胞的表型及活性[6]。 牛Ⅰ型胶原由于其丰富的来源和成功的临床应用而被广泛用来制作组织工程支架[4]。现在多利用几种类型胶原复合构建来制作支架材料[7,8],以胶原为原材料,用快速成型的方法(s olid freeform fabri2 cation,SFF)来构建组织工程用胶原支架,利用计算机来整体控制材料的设计及加工,为组织工程支架

基于软骨衍生的细胞外基质cECM-PCL杂化纳米纤维支架的制备及其在软骨组织中的应用

Mater. Des.：基于软骨衍生的细胞外基质cECM/PCL杂化纳米纤维支架的制备及其在软骨组织中的应用 DOI:10.1016/j.matdes.2020.108773 衍生自脱细胞组织和器官的细胞外基质（ECM）已在各种临床前和临床应用中用作生物支架。但是，缺乏机械性能和形状可控性是一个缺点。相比之下，合成聚合物可以很容易地设计出具有良好机械性能的支架，但它们的生物功能有限。在这项工作中，研究者探索了一种合成电纺软骨细胞外基质（cECM）和聚己内酯（PCL）复合纳米纤维膜的新方法。软骨是一种致密的组织，难以进行静电纺丝。为了克服这个问题，将软骨切成薄片，磨成粉末，然后分解成较松散的结构。与电纺PCL相比，cECM/PCL（质量比50:50）杂化纳米纤维表面光滑，薄且均匀，具有增强的机械性能和润湿性。同时，cECM/PCL纳米纤维膜中cECM 的存在显著促进了体外软骨细胞的增殖，有利于体内软骨的再生。以上结果表明，具有良好机械性能和生物相容性的cECM/PCL纳米纤维膜有望成为软骨再生的支架材料。此外，这项工作为合成用于其他组织的ECM基杂化纳米纤维支架提供一种方便且经济的方法。 图1.软骨衍生的细胞外基质的制备示意图。

图2.cECM/PCL杂化纳米纤维膜的制备过程示意图。 图3.去细胞前后软骨片的整体图（A）和组织学染色（B）。去细胞软骨粉和软骨衍生的细胞外基质的整体视图（C）和SEM（D）图像。比例尺：200μm。

图4.电纺cECM、cECM/PCL（70:30）、cECM/PCL（50:50）和PCL纳米纤维膜的SEM图像。比例尺：2μm。 图5.cECM、cECM/PCL（50:50）和PCL纳米纤维膜的化学和热学特性，（A）ATR-FTIR分析、（B）XRD图谱和（C）TGA曲线。