聚合物静电纺及在组织工程支架中的应用

1.浙江理工大学材料与纺织学院 浙江杭州310018 ;2.浙江大学高分子复合材料研究所 浙江杭州310027;3.浙江大学教育部高分子合成与功能构造重点实验室 浙江杭州310027     

聚己内酯/聚乙二醇大孔径纳米纤维膜的制备及其在组织工程支架中的应用

为使细胞在静电纺纳米纤维支架上得到更佳的生长与黏附,采用改进的静电纺丝装置制备具有良好生物相容性的聚己内酯(PLC)/聚乙二醇(PEG)大孔径复合纳米纤维膜,探究纺丝溶液中溶质质量配比与溶液质量分数对纳米纤维膜形貌及性能的影响,确定最佳工艺参数;将最佳工艺条件下制备的纳米纤维膜初步应用于组织工程,并与传统静电纺丝装置制备的纤维膜进行细胞相容性对比分析。结果表明:当PLC和PEG的混纺质量比为80∶20,纺丝溶液质量分数为25%时,获得的PCL/PEG大孔径纳米纤维膜质量最好;与传统静电纺PCL/PEG纳米纤维膜相比,PCL/PEG大孔径纳米纤维膜更利于细胞的生长和增殖,更适合作为组织工程支架材料。     

聚己内酯(PCL)纳米纤维的静电纺丝

概述了纳米纤维的生产及其应用.制造了聚己内酯(PCL)纳米纤维的非织造材料.探讨了静电纺丝时电压和纤维性能之间的关系.电压升高可得到更均匀的非织造材料.     

医用组织工程多孔丝素支架制备方法的进展

丝素蛋白具有一定的生物降解性、良好的生物相容性及独特的机械性能等,适用于开发优良的医用组织工程支架材料。文中介绍了制备多孔丝素支架的各种方法:制孔剂法、冷冻干燥法、气体发泡法、静电纺丝法、无纺法、模压法和三维打印法等,并对其优缺点进行了分析。     

组织工程用人工支架表面改性的研究进展

组织工程用人工支架有着完美的三维结构、良好的细胞相容性和特殊的药理作用,一直受到生命科学和工程领域专家的重视。人工支架的表面改性研究关系到细胞生长、繁殖及迁移等状态,是组织工程的基础及热点。与普通人工支架相比,改性支架除了赋予细胞更好的黏附、增殖、迁移性能外,还赋予支架药物洗脱性能,使之能促进细胞生长或抑制病变细胞繁殖,为组织工程的设计研究提供了更广阔的应用空间。文章概述组织工程用人工支架表面改性的分类、制备方法、结构和性能,展望人工支架表面改性研究的前景。     

非织造三维支架材料在组织工程中的应用

组织工程是集材料、工程和生命科学为一体的新兴交叉学科,而三维支架结构是决定组织工程是否成功的一个关键因素。对三维支架的制备方法、特点及其作用进行了概述,介绍了近几年来非织造材料在组织工程中的应用情况,说明了以非织造方法制备三维支架材料是一种成本低且产业化可能性最大的方法,必将在组织工程领域中发挥巨大作用。     

基于纤维的组织工程肌腱/韧带支架的研究进展

介绍了基于纤维的组织工程肌腱/韧带支架的设计原则以及应用于该类支架的材料,并概述了利用各类纺织技术成形的肌腱/韧带支架的研究现状。     

聚乳酸-聚己内酯/丝素蛋白三元复合纳米纤维膜支架的结构与性能

通过静电纺丝技术制备出不同质量比的聚乳酸聚己内酯/ 丝素蛋白（PLA-PCL/SF）复合纳米纤维膜支架,采用扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱仪对纳米纤维膜的形貌和结构进行表征,测试纤维膜的孔隙率和吸附性能。结果表明：PLA-PCL与SF 这2 种组分的质量比对复合纳米纤维膜的形貌有显著影响,质量比为90:10和70:30的纳米纤维表面分布着密集的孔洞;PLA-PCL/SF复合纳米纤维膜中SF 经甲醇处理后由无定形结构转变为β?折叠结构;随着复合纳米纤维膜中SF 含量的增加,纳米纤维膜的孔隙率和吸附性也逐渐降低。接触角实验和小鼠胚胎成纤维细胞（NIH-3T3）培养结果表明,SF的加入提高了纳米纤维膜的亲水性,有利于NIH-3T3细胞的黏附和增殖。     

聚氨酯/胶原蛋白复合纳米纤维支架的性能

针对聚氨酯（PU）力学性能较好,亲水性较差,细胞在其表面的黏附较少,不适宜单独作为血管组织工程支架材料的问题,为提高PU 纳米纤维支架的亲水性和生物相容性,通过静电纺丝制备不同比例的复合聚氨酯／胶原蛋白纳米纤维支架,利用扫描电镜、红外光谱仪等观察测试纳米纤维支架材料的形态结构、化学性能等;并在纳米纤维支架表面培养血管平滑肌细胞,通过扫描电镜观察细胞在支架表面的生长情况。结果表明：胶原蛋白的加入使纤维直径从453nm减小到了154nm,平均孔径尺寸从0.64 μｍ 降低到了0.28 μｍ,而且增加了细胞在其表面的黏附和增殖;当聚氨酯和胶原蛋白的质量比为3:1时,纳米纤维支架的拉伸强度最大,生物相容性最好,表面黏附生长的细胞最多。     

静电纺丝技术包埋姜黄素研究进展

静电纺丝作为一种制备纳米纤维的技术越来越受到关注.近年,大量研究利用静电纺丝技术制备含姜黄素的纳米纤维和纳米颗粒.本文介绍静电纺丝的原理和影响因素,以及利用静电喷雾制备包埋姜黄素纳米颗粒的情况.总结姜黄素纳米纤维的制备方法并根据制备纳米纤维的原料(合成高分子和天然高分子)进行分类讨论.论述姜黄素包封的纳米纤维在缓释体系...     

国内外静电纺丝技术的研究进展

静电纺丝技术是目前为止获取纳米纤维最简单有效的方法之一,但产量低一直是限制其大规模运用的瓶颈。近几年世界上出现了大量与此相关的研究,比如通过设计多针头静电纺和无针头静电纺装置,在一定程度上提高了静电纺丝的产率,但仍有很多问题亟待解决。本文主要介绍了静电纺丝技术的发展进程及面临的问题。     

Application of Cellulosic Nanofibers in Food Science Using Electrospinning and Its Potential Risk

Cellulose is the most abundant and a low‐cost biodegradable by‐product in the food and agricultural industries. Electrospun cellulosic nanofibers have remarkable physicochemical properties that make them attractive for many applications in the food sector. In this review, electrospinning is investigated as an easy method for producing nanofibers from polymers. Moreover, the most important applications of cellulosic nanofibers in food science are presented. These applications are (a) immobilization of bioactive substances such as enzymes, vitamins, and antimicrobials; (b) nutraceutical delivery systems and controlled release of materials; (c) as biosensors; (d) filtration; and (e) for reinforcing composites and in films. Finally, some potential risks of using electrospinning in food science are reviewed.     

静电纺纤维在生物医药应用领域的研究进展

随着人们对纳米纤维材料特殊性能和高度适应性认识的不断提高,越来越多的研究在关注纳米纤维的制备方法。其中,静电纺丝技术是一种操作简单、原料适应性广且易于实现规模化生产的纺丝方法。静电纺纳米纤维具有较高的比表面积及孔隙率,在生物医药领域有着广泛的应用。介绍生物医药应用领域静电纺纤维的研究状况,着重阐述静电纺技术在组织工程支架、药物控释、创伤敷料、生物酶固定化、生物传感器及医学诊断应用等方面的最新研究进展。     

基于四氢呋喃/二甲基甲酰胺的聚氨酯静电纺丝

分别将四氢呋喃（THF）和N,N-二甲基甲酰胺（DMF）按质量比3:7、4:6、5:5、6:4、7:3混合作为溶剂,并在不同质量分数、电压、接收距离下对聚氨酯溶液进行静电纺丝。结果表明：THF/DMF的质量比对聚氨酯静电纺丝纤维的形貌、直径及其均匀性有显著影响,纤维直径均匀性随THF增多而下降;随着溶液质量分数增大,纤维直径增大,纤维直径均匀性总体上呈下降趋势;电压和接收距离对纤维平均直径的影响没有明显的规律性。实验中制得了平均直径为230 nm,均匀系数为0.23,形貌也较为理想的聚氨酯静电纺丝纤维。     

静电纺短纤维的制备及其生物医学应用

传统静电纺纳米纤维常作为组织工程支架被用于修复缺损部位,往往必须借助外科手术有创植入,极大限制了其在生物医学领域中的应用.为促进静电纺丝技术的开发和应用,综述了静电纺短纤维的制备及其功能化的方法,分类介绍了功能化短纤维在诊断检测、治疗和组织工程这3个方面的生物医学应用;系统分析通过调节工艺参数、后续加工等方式保留静电纺...     

聚乙烯醇/海藻酸钠共混液的静电纺丝

由于纯海藻酸钠难以用于静电纺丝,研究了聚乙烯醇（PVA）与海藻酸钠共混溶液的静电纺丝工艺。将8％的PVA水溶液与2％的海藻酸钠水溶液分别以体积比9：1、8：2、7：2,6：4、5：5的比例混合。结果表明：共混溶液体积比为6：4时纺丝效果较好,纤维膜成形良好,直径分布均匀,为80—110nm。经氯化钙交联后,纤维膜抗水解能力、断裂伸长和断裂强力提高,断裂强力增加了98．5％,断裂伸长提高了104．3％。     

Electrospinning/electrospray of polyvinylidene fluoride (PVDF): piezoelectric nanofibers

Polyvinylidene fluoride (PVDF) is one of the most studied polymer systems that exhibits piezoelectric, pyroelectric, and ferroelectric properties. It is well known that PVDF is able to crystallize in four different forms that involve three different chain conformations, namely α, β, γ, and δ phases. Among the four polymorphs, the β-phase has the largest spontaneous polarization per unit cell and thus exhibits the highest electro active properties. In the past few decades, many researches have been done to increase the β-phase content in PVDF using various processing techniques and additives. One of these processing methods is electrospinning/electrospray with organic/inorganic additives, nanoparticles or carbon nanotubes. Material and structural analyses on fabricated nanofibers using instruments such as X-ray diffraction, Fourier transform infrared, Differential Scanning Calorimetry, and Scanning Electron Microscope as the characterizations of piezoelectric nanofibers are carried out. This article attempts to have an overview on the electrospinning process of PVDF as a piezoelectric polymer, method of characterization of its β-phase and its application as a nanogenerator.     

Oriented cartilage extracellular matrix-derived scaffold for cartilage tissue engineering

The structure of a cartilage scaffold is required to mimic native articular cartilage, which has an oriented structure associated with its mechanical function. In this study, an oriented cartilage extracellular matrix (ECM)-derived scaffold was fabricated composed of microtubules arranged in parallel in vertical section. The mechanical property was higher than that of a typical non-oriented scaffold (p<0.05). Oriented and non-oriented scaffolds were seeded with chondrogenic-induced bone mesenchymal stem cells and cell-scaffold constructs were implanted subcutaneously in the dorsa of nude mice. At 4 weeks, all samples stained positive for safranin O, toluidine blue, and collagen type II, but negative for collagen type I. Oriented-structure constructs contained numerous parallel giant bundles of densely packed collagen fibers with chondrocyte-like cells aligned along the fibers. Total DNA, glycosaminoglycans and collagen contents increased with time and these values were similar in the two groups. Compared with the native articular cartilage, the Young's modulus of the tissue-engineered (TE) cartilage reached 42.9%, 23.0% in oriented and non-oriented scaffolds respectively, at 4 weeks. These results indicate that oriented ECM-derived scaffolds enhance the biomechanical property of TE cartilage and thus represent a promising approach to cartilage tissue engineering.     

丝素与明胶共混静电纺丝

 丝素和明胶以不同质量比共混于甲酸溶剂,将此纺丝液进行静电纺丝,并用扫描电镜观察其形态结构,分析探讨了工艺参数对其形貌和直径的影响,并与相同工艺条件下的纯丝素纳米纤维进行比较。结果表明:在丝素与明胶质量比为70∶30,纺丝液质量分数为11%,极距为13 cm,电压为22 kV的工艺条件下,静电纺纤维平均直径为83.9 nm,纤维直径分布均匀。用明胶共混不仅有利于克服低质量分数丝素纺丝液静电纺丝中出现的珠状物和断头多等问题,而且有望应用于生物组织工程中。