PLCL静电纺丝三维纳米纤维支架材料的性能研究.pdf

锨 曹 孝 料 2 0 1 4 年第8 期 4 5 卷 文 章编 号 1 0 0 1 9 7 3 1 2 0 1 4 0 8 - 0 8 1 0 2 0 6 S F ／ C OL ／ P L C L静 电纺 丝三维纳米纤维支架材料 的性能研 究 殷丽华 ， 王 红 ， 张 忠芮， 黄 嵩涛 ， 王 家奎 ， 秦子顺 ， 孙 琪 ， 余 占海 兰 州大学 口腔 医学 院 ， 兰州 7 3 0 0 0 0 摘要 采 用静 电纺丝 法 以六 氟异 丙 醇 HF I P 为 溶 剂 ， 将 质 量 比 为 7 0 3 0的 S F ／ C OL 丝 素／ 胶 原 和 P LLC 聚 左 旋 乳 酸 己 内酯 共 混 制 备 质 量 比 为 0 1 O O， 3 07 0， 5 05 0， 7 o3 0， 1 0 00的 8 S F／ COL／ PL CL的 三维 纳米 纤 维 支 架 ， 2 5 戊二 醛 蒸汽 交联 4 8 h后检 测各 组 比例 支 架材 料 的理 化 性 能及 生 物 性 能 。 扫描 电镜 显 示纳 米纤 维形貌 良好 ， 均 为 纳 米级 别 ； X射 线衍 射 结果显 示 交 联后 材 料 结 晶度 增 强 ， S i l k 工构 象 由 a 一 折 叠 形 成 稳 定 的 J3 一 折 叠 ； 材 料 交联 后 为 疏 水 性 ， P L C L的加入 明显 改 善 材 料 的 亲 水性 能 ； 热 稳 定 性 随 着 P L C L浓度 的 增 加 也 愈 加 稳 定 ， 交联 后 尤 其 明显 。 细胞培养实验证明， 随着培养时间延 长， 细胞在 不同比 例 的 支 架上 粘 附 、 铺 展 和 增 殖 均 良好 ， 但 h PDLS Cs与 配 比 为 3 O7 O的 S F／ COL／ PL CL 支 架复合 后 增 殖 速 率最快 。 关键 词 静 电纺 丝 ； 复 合 三维 纳 米支 架 ； 聚 左 旋 乳 酸 己 内酯 ； 理 化性 能 ； 生物 学性 能 中图分 类 号 TQ3 4 0 文 献标 识码 A DOI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 - 9 7 3 1 ． 2 O 1 4 ． 0 8 ． 0 2 2 胶原 蛋 白 c o l l a g e n 是 一 种 细胞 外 基 质 的 结 构 蛋 白， 作为一种天然材料 由于其低免疫原性、 可被人体吸 收 、 降解产物无毒副作用， 是组织工程支架 首选材料。 然 而 由于其 力学 性 能 不 佳 ， 特 别 是 在 水 溶 液 中降 解 速 度 太快 ， 限制 了其应 用 ] 。 聚乳 酸 p o l y l a c t i c a c i d ， P L A 具 有 良好 的生 物 可 降解性及 良好 的力学性能 _ 9 ] ， 但其生物活性差 ， 细胞 难 以附着l_ 1 ， 所以常与聚己内酯 P C L 复合 制得 聚左 旋乳酸己内酯 P L C L 以提高生物活性利于细胞 附着。 2材 料 和 设 备 S F 天然 家 蚕 桑 蚕 茧 提 取 ； C OL 主要 为 I型 胶 原 ， 四川 I 铭 让 生 物科 技 有 限 公 司 ； P L C L m P C L P L L A 一7 5 2 5 ； HF I P 分 析 纯 、 无 水 C a C 1 2 分 析纯 、 无 水 Na 。 CO。 分 析 纯 等 购 于 上 海 化 学 试 剂 厂 ；2 5 戊二醛 分析纯 ， 分子量 1 0 0 ． 1 2 ， 上海 中泰化 学试剂有限公司 ； 胎牛血清 G i b c o公司 ； a ME M 细 胞培养基 Hy c l o n e公 司 。高压 静电发生器 ， 扫描 电 镜 ， 接触角检测仪 ， X射线衍射仪 ， 热重仪 。 1 引 言 3 实 验 组织工程是应用生命科学的原理和技术重建机体 组织或器官修复组织器官的结构以达到保 留或提高它 们 功 能 的 目的[ 1 ] 。支架 材料 在组织 工 程领 域 有 着重 要 应用 l_ 2 。理想 的 组 织 工 程 材 料 应 具 备 良好 生 物 相 容 性 、 适宜的机械 、 可降解性， 同时还要有一定的孔 隙率 ， 利于 细胞 的粘 附 、 增 殖 和迁 移 [ 3 ] 。通 过 静 电纺 丝 技 术 制备的纤维可 以控制在微米 到纳米级别 ， 并具有 比表 面积大、 孔隙率高等优点 。静电纺丝生物纳米复合材 料 目前已广泛应用于组织工程 、 骨置换骨修复、 伤 口愈 合 、 药物 控释 系统 等领 域 。 丝素蛋 白 s i l k f i b r o i n ， S F 是含有 1 7种氨基酸的 纤维蛋 白， 含有 】3 一 折叠和无 规则卷 曲等二级结 构 ] 。 具有 良好 的生物 相容 性 、 低 免 疫原性 ， 通 过 控制 其 结 晶 度可调节丝素体外降解速率 ， 目前多用于药物 载送 系 统l 6 ] 。但是其机械性 能较差 ， 多与其它高分子聚合物 复 合 。 3 ． 1 S F ／ C OL ／ P L C L纳 米纤 维支 架 的制 备 将 蚕 丝置 于 质 量分 数 为 0 ． 5 Na C O。 溶 液 中煮 沸并在 蒸 馏水 中洗 涤 3次 脱 胶 ， 烘 干 1 2 h ， 8 0。 C下 置 于 C a C 1 。 ／ H 0／ c H 0H 溶液 中完全 溶解 ， 后经 透 析 、 过滤 、 冻干得到质量比为 7 0 3 O的纯 S F。然后将 S F 与 C OL 本课 题组 在前 期 的实 验 中 已证 实 S F与 C OL 的最佳配 比为 7 0 3 0 溶于 HF I P中， 得到质量分数为 8 的 共 混 溶 液 。最 后 ， 将 最 佳 配 比 的 S F ／ C OL 与 P L C L以质量 比为 1 0 0 0 ， 7 0 3 0 ， 5 0 5 0 ， 3 07 0 ， 0 1 0 0溶 于 HF I P 中， 配 制 质 量 分 数 为 8 的纺 丝 液 ， 在 电压 为 1 2 k V、 接 收 距离 为 1 2 C I T I 、 溶 液 流 速 为 1 ． 0 mL ／ h的条件 下 进 行 静 电纺 丝 ， 电纺 后 的支 架 在 真 空 干燥 箱 中充 分 干 燥 。将 1 0 mL 2 5 的戊 二醛 水 溶 液 置 人直径 为 1 0 C m 的 培 养皿 ， 然后 将 培养 皿 放 入 干 燥 器底部 ， 将 S F ／ C OL ／ P L C L纳米纤维膜置于干燥器 中 的孔架 上 ， 放于 通风 厨 内， 室 温 下 交联 4 8 h ， 交 联 后 真 * 基金项 目 国家 自然科学 基金青年科学基金资助项 目 8 1 1 0 2 7 1 2 ；甘肃 省中医药科研课题资助项 目 G Z K一 2 0 1 2 - 4 7 收 到初稿 日期 2 0 1 4 一 O 1 0 3 收到修改稿 日期 2 0 1 4 0 8 0 8 通讯作者 余 占海 ， E - ma i l y u z h a n h a i l z u ． e d u ． C n 作者 简介 殷丽 华 1 9 8 0 一 ， 女 ， 兰州人 ， 讲师 ， 在读博士 ， 主要从事 牙周 组织工程材料研究 。 殷丽华 等 S F ／ C 0L ／ P L C I 静电纺丝三维纳米纤维支架材料 的性能研究 0 8 1 0 7 图 8结 果显 示 ， 不 同 比例 的 S F ／ C 0L ／ P L C L复合 纤维 膜均 能支持 细胞 生 长 ， h P D L S C s粘 附于 支 架 上并 穿插 于支 架 间连 为 整体 ， 支架 并 未 影 响 细 胞 长梭 形 的 形态 ， 随着培养天数的增加细胞增殖迅速 ， 但不论各时 间点 ， h P DL S C s 与配 比为 3 0 7 0的支 架 复 合 后 增 殖 速率为最快 ， 说明质量比为 3 O 7 0的 S F ／ C OL ／ P L C L 复合支架生物学性能最佳 。 5 结 论 通过 静 电纺 丝 技 术 成 功将 S F ／ C OL和 P L C L制 备成 纳米 纤维 支架 ， 制备 得 到的纳 米纤 维膜 具 有 多孔 、 比表 面 积 大 等 诸 多 优 良特 性 。通 过 S E M 检 测 S F ／ C OL ／ P L C L复 合纤 维 直 径 均 一 ， 分 布 均 匀 ， 为 了增 强 其 理 化 性 能 ， 采 用 戊 二 醛 蒸 汽 交 联 法 对 S F ／ C OL ／ P L C L纳 米纤 维膜 进 行 梯 度交 联 ， 调 整 支 架 材 料 的溶 胀率 、 晶体结构及热稳定性等 ， 交联后的纳米纤维膜亲 水性 明显 改善 ， 不 易 溶 于水 ； 结 晶 度增 强 ， S i l k I形 成 稳定的 B 一 折叠构象； 热稳定性 明显提高 。h P DL S C s细 胞粘 附 实 验 证 明 ， 在 不 同 比例 中质 量 比为 3 O7 O的 S F ／ C OL ／ P L C L纳 米 纤维 支 架 生 物 学性 能最 优 ， 有 望 成为 一种 新型 三维 纳米组 织工 程支 架材 料 。 参 考文 献 [ 1 ] [ 2 2 Va n c a n t i C A，Va n c a n t i J P ． Ti s s u e - e n g i n e e r e d mo r p h o ge n e s i s o f c a r t i l a ge a nd b one by me a ns o f c e l l t r a ns pl a n t a t i o n u s i n g s y n t h e t i c b i o d e g r a d a b l e p o l y me r ma t r i c e s E J ] ． Cl i n Pl a s t S u r g， 1 9 9 4，2 1 3 4 4 5 4 6 2 ． Ya s z e ms k i M J ，P a y n e R G，Ha y e s W C，e t a 1 ．Ev o l u [ 3 ] [ 4 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 9 ] t i on of bo ne t r a ns p l a n t a t i o nmol e c ul a r，c e l l u l ar a n d t i s s u e s t r a t e g i e s t o e n g i n e e r h u ma n b o n e E J 3 ．B i o ma t e r i a l s ， 1 9 9 6， 1 7 2 1 7 5 1 8 5 ． Ya n g J ，Wa n Y Q，Tu C F，e t a 1 ．En h a n c i n g t h e e e l l a f f i n i t y o f ma c r o p o r o u s p o l y L - l a c t i d e c e l l s c a f f o l d b y a c o n v e n i e n t s u r f a c e mo d i f i c a t i o n me t h o d [ J ] ．P o l y m I n t e r ， 2 0 0 3 ，5 2 1 8 9 2 1 8 9 9 ． An i t h a S，Br a b u B，J o h n D，e t a 1 ． Op t i c a l ，b a c t e r i c i d a 1 a n d wa t e r r e p e l l e n t p r o p e r t i e s o f e 1 e c t r 。 s p u n n a n o c o rn p o s i t e me mb r a n e s o f c e l l u l o s e a c e t a t e a n d Z n O[ J ] ． C a r b o h y d r a t e Po l y m e r s ， 2 0 1 2 ，8 7 2 1 0 6 5 1 0 7 2 ． Ru j i r a v a n i t R，Kr u a y k i t a n o n S，J a mi e s o n A M ，e t a 1 ． P r e p a r a t i o n o f c r o s s l i n k e d c h i t o s a n ／ s i l k f i b r o i n b l e n d f i l ms f o r d r u g d e l i v e r y s y s t e m [ J ] ．Ma c r o mo l B i o s c i ， 2 00 3，3 10 60 4 6 11 ． Wa n g X Q，Yu c e l T，Lu Q，e t a 1 ．S i l k n a n o s p h e r e s a n d mi e r o s p h e r e s f r o m s i l k ／ p v a b l e n d f i l ms f o r d r u g d e l i v e r y [ J ] ．B i o ma t e r i a l s ， 2 0 1 0 ，3 1 6 1 0 2 5 1 0 3 5 ． Cu i Xi n a i ， Li u Xi n， Ko n g De l i n ，e t a 1 ．Bi o c o mp a t i b i l i t y o f e l e c t r o s p u n c o l l a g e n ／ s i l k f i b r o i n c o mp o s i t e mi c r o n a n o f i b e r p r e p a r a t i o n a n d c e l l [ J ] ．C h i n e s e J o u r n a l o f B i o me d i c a l En gi ne e r i n g，2 012， 31 4 29 1 2 99 ． Fe i Y N，Che n Y ，W a n g H B，e t a 1 ．Pr e pa r a t i o n，c h ar a c t e r i z a t i o n o f a n t i b a c t e r i a l P L A ／ T P n a n o f i b e r s [ J ] ． F i b e r P o l y me r s ，2 0 1 1，1 2 3 3 4 0 3 4 4 ． Ki m E N，Ki m S H ，Le e C H． E1 e c t r os p i n ni ng o f p ol y l a c t i d e f i b e r s c o n t a i n i n g s i l v e r n a n o p a r t i c l e s _ J ] ．Ma c r o mo 1 Re s ，2 O 1 0，1 8 3 2 1 5 - 2 2 2 ． Qi n J i n g we n，J i a n g Ya n y a n，Fu J i a j i a ，e t a 1 ．Ev a l u a t i o n o f dr ug r e l e a s e p r o pe r t y a n d bl oo d c o m p a t i b i l i t y of a s p i r i n l o a d e d e l e c t r o s p u n P LA／ RS F c o mp o s i t e n a n o f i b e r s E J ] ．I r a n i a n P o l y me r J o u r n a l ， 2 0 1 3 ，2 2 1 0 7 2 9 7 3 7 ． A r e s e a r c h o n t h e p e r f o r ma n c e o f S F ／ C OL／ P L C L e l e c t r o s p u n t h r e e d i me ns i o n a n a no f i b e r s c a f f o l d YI N Li h u a ， W ANG Ho n g，ZHANG Z h o n g - r u i ， HUANG S o n g t a o，W ANG J i a k u i ， QI N Z i s h u n，S UN Qi ，YU Z h a n h a i Sc ho ol o f St oma t o l o gy La n z ho u Uni v e r s i t y，La n z hou 7 3 0 0 00，Ch i na Ab s t r a c t Th e a i m of t h i s s t ud y wa s t os t r uc t ur e a ki n d o f t hr e e d i m e ns i on a na n of i be r s c a f f o l d c ompo s e d of S F， c o l l a g e n I a n d P LCL b y u s i n g e 1 e c t r o s p i n n i n g t e c h n i q u e a n d t o e v a l u a t e i t s p e r f o r ma n c e ．W e t o o k 1 ， 1 ， 1 ， 3 ， 3， 3 一 h e x a f l u o r o 一 2 一 p r o p a n o l HFI Pa s s o l v e n t t o p r e p a r e d i f f e r e n t ma s s r a t i o s o f S F ／ c o l l a g e n I／ PL CL s c a f f o l d s 0 1 0 0， 3 0 7 O， 5 0 5 0， 7 0 3 O， 1 0 0 0 a n d t h e pr o pe r t i e s of t he s e s c a f f o l d s we r e s t u di e d b e f o r e a nd a f t e r t h e y we r e c r os s l i nke d by 2 5 g1 u t a r a l d e hy d e v a p or f or 48 ho ur s ． The r e s u l t s we r e d e s c r i b e d a s f o l l ow s c a n ni ng e l e c t r o n mi c r o s c o py SEM a n d t h e c o n t a c t wa t e r a ng l e me t e r a na l y s i s s ho we d t ha t t he un i f or m i t y o f c om p os i t e na no f i b e r s wa s i m p r ov e d a n d wi t h t h e e x i s t e nc e o f PLCL，t he hy d r op hi l i c pr o pe r t y d e c r e a s e d ． XRD a n a l y s i s i n di c a t e s t ha t t he n a n of i be r s s c a f f o l ds ha d hi gh e r c r y s t a l l i ni t y a f t e r c r os s l i nke d．Th e t h e r m a 1 s t a b i l i t y o f t h e s c a f f ol d ma t e r i a l wa s a l s o i nc r e a s e d．W i t h r i s i n g l e v e l s o f PLCL，t he pr o pe r t i e s o f t he s c a f f ol ds we r e i nc r e a s e d s i g ni f i c a n t l y a f t e r c r o s s l i nk i ng ． W he n t he hu m a n p e r i o d on t a l l i g ame n t s t e m c e l l s hPDLSCs w e r e s e e de d on S F／ c o l l a g e n工／ PL CL s c a f f o l d s ，t h e y g r e w we l l a n d s h o we d b e t t e r a b i l i t y o f a d h e s i o n a n d p r o l i f e r a t i o n ．Amo n g t he s c a f f ol ds，PLCL c o nt e nt o f 7 0 d i d be s t wi t h s i g ni f i c a nt di f f e r e nc e s ． Our s t ud y i n di c a t e d t ha t t h i s ki n d of e l e e t r os pu n t hr e e d i m e n s i on a na n of i be r s c a f f ol d mi gh t b e a p ot e nt i a l c a n di d a t e f or r e s t o r a t i o n o f pe r i od o nt a l de f e c t a n d t he p e r i o d ont a l t i s s ue e n g i ne e r i ng ． Ke y wo r d s e l e c t r 0 s p i nn i n g； t h r e e - di me ns i o n a bl e n di n g c o m p o s i t e n a no f i b e r s ； p o l y l a c t i c a c i d； p hy s i c o c he m i c a l pr o p e r t i e s ； b i o l o g i c a l p r o pe r t i e s