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武汉纺织大学刘延波课题组:近场直写熔融静电纺丝制备PCL支架的改性及生物相容性表征
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武汉纺织大学刘延波课题组:近场直写熔融静电纺丝制备PCL支架的改性及生物相容性表征

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  • 日期:2021-06-25 18:01

【概要描述】

武汉纺织大学刘延波课题组:近场直写熔融静电纺丝制备PCL支架的改性及生物相容性表征

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【摘要】

PCL(聚己内酯)由于具有良好的生物相容性、生物可降解性,广泛应用于骨折固定材料、外科缝合线、医用敷料、受控药物释放材料和组织工程支架材料中。最近,武汉纺织大学纺织科学与工程学院教授刘延波课题组通过正交试验,探索采用近场直写熔体静电纺丝(NFDWMES)技术制备PCL支架的最佳工艺参数。基于优化的工艺参数,制备了不同厚度、间隙和结构的PCL支架,并表征了相应的亲水性。通过壳聚糖 (CS) 和透明质酸 (HA) 对 PCL 支架进行改性,以提高生物相容性和亲水性。傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析和抗菌实验结果均表明壳聚糖和透明质酸粘附在PCL支架表面对生物相容性和抗菌效果具有积极作用。然后将 PCL 支架用作培养细胞的载体,荧光显微镜观察到的细胞形态和分布表明,修饰后的PCL支架具有良好的生物相容性,支架的多孔结构有利于细胞的粘附和深度生长。

 

【研究背景】

与近场溶液静电纺丝(EHD电流体喷印技术)不同,近场直写熔融静电纺丝技术是一种环保且安全的纤维成型方法,无溶剂残留,并且纺丝喷嘴不受环境温度和湿度的影响。同时可以精确控制纤维的沉积位置,并有效地制备三维组织工程支架。

 

【研究亮点】    

本文通过近场直写熔融静电纺丝技术制备出纤维直径均匀、尺寸可控且方向有序的不同结构的PCL支架,所制备的纤维具有高度的有序性。对于相同的结构,支架的厚度随着层数的增加而增加。对于同一层数,不同结构的支架厚度也不同。网格的厚度>为经纬两圈的厚度>为经纬三圈的厚度>为梯形结构的厚度(20层)。通过对PCL水接触角的测试分析表明,支架的厚度对接触角有一定的影响。厚度越厚,接触角越小,亲水性能越好。由于PCL支架的间隙大,厚度大,会有一部分液滴穿透,导致接触角小。相同厚度、相同间隙、不同结构的PCL支架接触角变化不明显。

通过使用壳聚糖和透明质酸对PCL支架进行改性处理,有效地改善了PCL支架的抗菌性、亲水性以及生物相容性。浓度为2wt%、3wt%、4wt%的壳聚糖改性后的支架对大肠杆菌的抑菌率分别为75.48%、77.75%、78.78%(均大于70%),具有了明显的抗菌效果。经过1wt‰的透明质酸改性后的支架的水接触角降至86.64°,在壳聚糖(2wt%)和透明质酸(1wt‰)两者的共同作用下,支架的水接触角降至84.9°,具有良好的亲水性。

1 轻子纳米M08设备制备的有序纤维微观图

 

 

【结论】

本课题采用近场直写熔融静电纺丝技术制备了模拟细胞外基质结构的PCL组织工程支架。利用壳聚糖和透明质酸对PCL支架进行修饰,探讨其在组织工程领域的应用。PCL支架的最佳工艺参数为:电压4.5kV,移动速度8mm/s,熔体温度100℃,接收距离0.7cm。壳聚糖溶液改性的PCL支架具有良好的抗菌性能,最佳浓度为2%。改性后的PCL支架具有良好的生物相容性,支架的多孔结构有利于细胞的粘附和深层生长。

 

文章详情:Characterizationon Modification and Biocompatibility of PCL ScaffoldPrepared with Near-field Direct-writing Melt Electrospinning

CHEN Zhijun, HAO Ming, QIAN Xiaoming, CHEN Wenyang, ZENGMing, HUANG Juan, LI Ruixin, FAN Jintu and LIU Yanbo*Chem. Res. Chinese Universities, 2021, 37(3), 578-583.

DOI: 10.1007/s40242-021-1129-z

 

近场直写静电纺丝技术(又称微纳3D打印技术),可分为溶液近场静电纺丝(又称EHD电流体喷印技术)和熔融近场静电纺丝,能制备出纤维直径小、有序可控的微纳米结构,是近年来高校或研究院所热门的研究方向。佛山轻子公司是一家专注于静电纺丝设备、中试设备、生产线及科研服务于一体的高新技术企业。拥有独立的研发和生产能力,可以提供(近场/远场)静电纺丝设备和温湿度调控设备,以及一站式解决方案。有相关设备需求欢迎与我们联系!

 

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