骨修復(fù)用串晶結(jié)構(gòu)PCL/β-TCP復(fù)合纖維膜的制備及性能

張?zhí)焯?，劉?lái)俊，蔣冠森，李凌晨，李超婧，王 璐，王富軍

(1. 東華大學(xué) a. 紡織學(xué)院；b. 紡織面料技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201620；2. 杭州銳健馬斯汀醫(yī)療器材有限公司，浙江 杭州 311199)

隨著社會(huì)的快速發(fā)展，由骨組織炎癥、骨腫瘤、意外事故、人口老齡化等原因造成的骨組織缺損的病例日趨增多[1]。傳統(tǒng)骨缺損的修復(fù)手段主要包括自體骨移植和異體骨移植，但因存在來(lái)源有限、損傷供體部位(自體骨移植)及免疫排斥(異體骨移植)等缺點(diǎn)，限制了其在骨修復(fù)領(lǐng)域中的應(yīng)用[2-4]。采用人工材料修復(fù)骨缺損的方法能夠很好地彌補(bǔ)傳統(tǒng)修復(fù)手段所存在的問(wèn)題，同時(shí)可以通過(guò)材料設(shè)計(jì)賦予人工修復(fù)材料更優(yōu)異的生物相容性、生物降解性和骨誘導(dǎo)性[5]。纖維型骨修復(fù)材料能夠模擬天然骨的成分及結(jié)構(gòu)特性，為骨類細(xì)胞的黏附和生長(zhǎng)提供一個(gè)良好的平臺(tái)[6-8]。在眾多的纖維成型手段中，靜電紡絲法不僅方法穩(wěn)定而且技術(shù)通用，在骨修復(fù)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用[9-10]。

研究表明，材料表面微納米尺度的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)會(huì)影響細(xì)胞的黏附、增殖、分化等行為[11-13]。因此，在靜電紡纖維表面引入適當(dāng)?shù)奈⒓{米結(jié)構(gòu)，可對(duì)調(diào)控骨類細(xì)胞的行為起到積極作用。目前主要通過(guò)調(diào)節(jié)紡絲參數(shù)或是結(jié)合后處理工藝制備不同表面結(jié)構(gòu)的纖維。串晶(shish-kebab，SK)結(jié)構(gòu)是半晶聚合物中的一種特殊的界面結(jié)晶結(jié)構(gòu)，由伸直鏈晶體及折疊鏈晶體(片晶)兩部分組成。電紡纖維膜可作為伸直鏈晶體，在一定溫度下誘導(dǎo)聚合物垂直于其表面周期性生長(zhǎng)從而形成片晶[14]。SK結(jié)構(gòu)纖維膜因具有較大的比表面積及粗糙的表面，能影響細(xì)胞行為，包括細(xì)胞增殖和堿性磷酸酶活性，有利于成骨細(xì)胞沉積骨基質(zhì)并以有效的方式再生骨組織[15]。

聚己內(nèi)酯(PCL)與β-磷酸三鈣(β-TCP)是目前比較常用并且性能優(yōu)異的骨修復(fù)材料。大量文獻(xiàn)研究指出，將這兩種材料復(fù)合起來(lái)可以起到取長(zhǎng)補(bǔ)短的效果，制備出的骨修復(fù)材料更有利于骨類細(xì)胞的黏附、增殖，并且修復(fù)缺損組織的效果明顯[16]。本文結(jié)合靜電紡絲和溶液誘導(dǎo)結(jié)晶法，通過(guò)改變形成片晶的PCL溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，制備具有不同片晶尺寸的骨修復(fù)用SK結(jié)構(gòu)的PCL/β-TCP復(fù)合纖維膜。對(duì)SK結(jié)構(gòu)復(fù)合纖維膜的形貌、物理性能等進(jìn)行表征，并分析不同片晶尺寸的SK結(jié)構(gòu)PCL/β-TCP復(fù)合纖維膜的體外礦化性及對(duì)細(xì)胞增殖行為的影響，旨在制備出更具有應(yīng)用前景的骨修復(fù)材料。

1 試 驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

PCL，相對(duì)分子質(zhì)量為80 000，Sigma試劑有限公司；β-TCP，類球形，直徑<200 nm，百靈威科技有限公司；二氯甲烷(DCM)、N-N二甲基甲酰胺(DMF)、冰醋酸，上海凌峰化學(xué)試劑有限公司；氯化鈉(NaCl)、碳酸氫鈉(NaHCO3)、氯化鉀(KCl)、十二水合磷酸氫二鈉(Na2HPO4·12H2O)、六水氯化鎂(MgCl2·6H2O)、氯化鈣(CaCl2)、硫酸鈉(Na2SO4)、三羥甲基氨基甲烷((CH2OH)3CNH2)，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；rBMSCs(大鼠骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞)、rBMSCs完全培養(yǎng)基(大鼠骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞完全培養(yǎng)基)，中國(guó)科學(xué)院上海細(xì)胞庫(kù)；細(xì)胞計(jì)數(shù)試劑盒8(CCK-8試劑盒)，上海翊圣生物科技有限公司。

1.2 串晶結(jié)構(gòu)PCL/β-TCP復(fù)合纖維膜的制備

將一定質(zhì)量的PCL溶于DCM和DMF的混合溶劑中(V(DCM)∶V(DMF)=3∶1)，配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的溶液，再稱取一定質(zhì)量的β-TCP加入到溶液中，使β-TCP占PCL質(zhì)量的10%，超聲處理1 h后，磁力攪拌12 h以形成均一穩(wěn)定的紡絲液。靜電紡絲選用規(guī)格為19 G的針頭，電壓為15 kV，紡絲推注速度為1.2 mL/h，接收距離為15 cm，環(huán)境參數(shù)為溫度保持22～25 ℃、相對(duì)濕度保持30%～40%。紡絲完成后將纖維膜在37 ℃下真空干燥24 h以去除殘留的溶劑。將該纖維膜記為PT10復(fù)合纖維膜。在PT10復(fù)合纖維膜的基礎(chǔ)上采用溶液誘導(dǎo)結(jié)晶法獲得SK結(jié)構(gòu)復(fù)合纖維膜。操作步驟如下：稱取不同質(zhì)量的PCL加入到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為77%的醋酸水溶液中，使PCL分別占溶液質(zhì)量的0.1%、0.5%和1.0%，在60 ℃下加熱攪拌5 h至完全溶解，冷卻至室溫后滴加到3 cm×3 cm的PT10復(fù)合纖維膜上，在37 ℃下真空干燥48 h。記質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.1%、0.5%和1.0%的PCL溶液所制備出的SK結(jié)構(gòu)PT10復(fù)合纖維膜為PT10-SK0.1、PT10-SK0.5和PT10-SK1.0復(fù)合纖維膜。

1.3 理化性能測(cè)試與表征

微觀形貌：采用日本日立公司的JSM 6490型掃描電子顯微鏡(SEM)觀察復(fù)合纖維膜的微觀形貌，并通過(guò)Image J軟件測(cè)量纖維表面的幾何尺寸。每種試樣選取100根纖維測(cè)量并取平均值。

結(jié)晶度：采用日本Rigaku公司的D/Max-2550 PC型X射線衍射儀對(duì)復(fù)合纖維膜進(jìn)行X射線衍射(XRD)測(cè)試，并計(jì)算結(jié)晶度。參數(shù)設(shè)定：輻射波長(zhǎng)為1.540 56×10-10m，管電壓為40 kV，管電流為200 mA，掃描速度為1 (°)/min，掃描范圍為2θ=5°～60°。

接觸角：采用德國(guó)DATAPHYSICS公司的OCA 20型接觸角測(cè)試儀對(duì)復(fù)合纖維膜進(jìn)行靜態(tài)接觸角測(cè)試。檢測(cè)用水為超純水和磷酸緩沖鹽(PBS)溶液，體積為5 μL，液滴接觸纖維膜后靜置10 s再測(cè)量。每種試樣隨機(jī)取5個(gè)點(diǎn)測(cè)量并取平均值。

比表面積：采用美國(guó)康塔儀器公司的Quadra Sorb SI型比表面積分析儀對(duì)復(fù)合纖維膜進(jìn)行比表面積測(cè)試。使用氮?dú)馕椒ㄟM(jìn)行測(cè)量，根據(jù)比表面積公式計(jì)算固體材料單分子層的吸附體積，以得到最終比表面積數(shù)值[17]。每種試樣測(cè)量3次并取平均值。

力學(xué)性能：采用中國(guó)大榮紡織有限公司的醫(yī)用紡織品多功能強(qiáng)力儀，參照ASTM D638—2003《塑料拉伸性能測(cè)定方法》對(duì)復(fù)合纖維膜進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試。將纖維膜裁剪成尺寸為20 mm×3 mm的矩形，用臺(tái)式測(cè)厚儀測(cè)量纖維膜的厚度。參數(shù)設(shè)定：標(biāo)距長(zhǎng)度為10 mm，拉伸速度為10 mm/min，預(yù)加張力為0.1 N。每種試樣測(cè)量5次并取平均值。

1.4 生物性能評(píng)價(jià)

1.4.1 體外礦化

配制1.5倍人體模擬體液(SBF)。1 L的1.5倍人體模擬體液(1.5×SBF)配方如表1所示，用1.0 mol/L HCl調(diào)節(jié)溶液pH值至7.4[18]。

表1 1.5×SBF配方

將纖維膜裁剪成尺寸為2.0 cm×2.5 cm的試樣，浸泡在裝有50 mL的1.5×SBF離心管內(nèi)7 d，溫度恒定為37 ℃，每3 d換液。到達(dá)預(yù)定時(shí)間點(diǎn)后將試樣取出，用去離子水清洗干凈，在37 ℃下真空干燥48 h。

1.4.2 細(xì)胞增殖

(1) 材料準(zhǔn)備：將纖維膜裁剪成直徑為14 mm的圓形試樣，每種試樣準(zhǔn)備3個(gè)平行樣放置于24孔板內(nèi)。酒精熏蒸24 h，加入滅菌好的不銹鋼環(huán)固定試樣，繼續(xù)熏蒸24 h后將試樣轉(zhuǎn)移至超凈工作臺(tái)，用無(wú)菌PBS溶液清洗3次。

(2) 細(xì)胞種植：本試驗(yàn)選用第4代rBMSCs。細(xì)胞養(yǎng)殖至所需數(shù)量后，先用預(yù)熱的無(wú)菌PBS溶液清洗細(xì)胞，后加入適量胰酶消化，2 min后加入rBMSCs完全培養(yǎng)基以終止消化，將細(xì)胞轉(zhuǎn)移至離心管后以1 200 r/min轉(zhuǎn)速離心，5 min后棄去上清液，加入1 mL rBMSCs完全培養(yǎng)基進(jìn)行細(xì)胞計(jì)數(shù)，細(xì)胞種植密度為2×104個(gè)/孔。種植完成后置于細(xì)胞培養(yǎng)箱中分別培養(yǎng)1、4、7 d，隔天換液。

(3) 細(xì)胞增殖定量測(cè)試：采用CCK-8法檢測(cè)細(xì)胞增殖。到達(dá)預(yù)定時(shí)間后，吸取孔板內(nèi)的完全培養(yǎng)基，并用無(wú)菌PBS溶液清洗3次以去除未貼壁的游離細(xì)胞，然后每孔加入500 μL的含10% CCK-8工作液的培養(yǎng)基，放入培養(yǎng)箱中培養(yǎng)3 h后轉(zhuǎn)移至96孔板，用酶標(biāo)儀在450 nm波長(zhǎng)下測(cè)定吸光度值。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

本文數(shù)據(jù)均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，采用單因素方差分析比較組內(nèi)與組間的顯著性差異。P<0.05時(shí)，若認(rèn)為組內(nèi)差異顯著，用*表示，若認(rèn)為組間差異顯著，用#表示；P<0.01時(shí)，認(rèn)為組內(nèi)差異非常顯著，用**表示。

2 結(jié)果與討論

2.1 形貌分析

微納米纖維表面形貌、粗糙度等對(duì)細(xì)胞的黏附及生長(zhǎng)形態(tài)有顯著影響，是調(diào)節(jié)細(xì)胞行為的重要參數(shù)[19]。本研究對(duì)不同片晶尺寸的SK結(jié)構(gòu)復(fù)合纖維膜進(jìn)行SEM觀察，并進(jìn)行纖維表面幾何形貌分析，結(jié)果如圖1所示。由圖1(a)可知，PT10復(fù)合纖維表面平滑，平均直徑約為1.150 μm。由圖1(b)可知，PT10-SK0.1復(fù)合纖維膜中晶體大部分以點(diǎn)狀形式分布在纖維的表面，且沒(méi)有明顯的周期性，因此后期將不再進(jìn)行探究。由圖1(c)～1(e)可知，在PT10-SK0.5和PT10-SK1.0復(fù)合纖維膜中，可以明顯看到纖維表面片晶的存在，并且其垂直于纖維軸向呈周期性排列，片晶大小(參數(shù)意義見(jiàn)圖1(e))由153 nm增加到338 nm，周期性距離由385 nm增加到503 nm。此外，PT10-SK0.5和PT10-SK1.0復(fù)合纖維膜中直徑較小的纖維，片晶排列規(guī)整度高，而直徑較大的纖維，片晶規(guī)整度較弱，出現(xiàn)塌陷、扭曲以及結(jié)構(gòu)重排現(xiàn)象。這是因?yàn)殪o電紡制得的微納米纖維直徑具有一定的不均勻性，直徑較小的纖維，由于受到的牽伸力大，PCL分子間重排，從而形成具有較高規(guī)整度的片晶，而直徑較大的纖維，PCL分子間纏結(jié)作用強(qiáng)，鏈段運(yùn)動(dòng)受阻，導(dǎo)致片晶規(guī)整度較弱。通過(guò)改變PCL溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，制備了不同片晶尺寸的SK結(jié)構(gòu)復(fù)合纖維膜，片晶給予纖維膜更粗糙的表面，對(duì)骨類細(xì)胞的生長(zhǎng)及增殖具有一定的影響。

(a) PT10

(b) PT10-SK0.1

(c) PT10-SK0.5

(d) PT10-SK1.0

(e) 串晶結(jié)構(gòu)復(fù)合纖維的示意圖及表面幾何形貌信息圖

圖1 不同片晶尺寸的串晶結(jié)構(gòu)復(fù)合纖維膜SEM圖及表面幾何形貌信息圖

2.2 結(jié)晶度分析

對(duì)不同片晶尺寸的SK結(jié)構(gòu)復(fù)合纖維膜進(jìn)行XRD測(cè)試，結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，在2θ為21.2°處出現(xiàn)了明顯的衍射峰，該峰為PCL的特征峰，3種纖維膜特征峰的峰強(qiáng)相差較大。通過(guò)分峰處理計(jì)算得到的3種纖維膜的結(jié)晶度如表2所示。由表2可知，PT10-SK0.5和PT10-SK1.0復(fù)合纖維膜的結(jié)晶度明顯高于PT10復(fù)合纖維膜。這是因?yàn)樵谡T導(dǎo)結(jié)晶過(guò)程中，形成了高度延伸的PCL大分子鏈，PCL片晶沿著纖維軸向周期性排列，賦予纖維一定的取向型，其中PT10-SK1.0復(fù)合纖維膜具有更大尺寸的片晶，因此纖維膜的結(jié)晶度更大。

圖2 不同片晶尺寸的串晶結(jié)構(gòu)復(fù)合纖維膜XRD圖Fig.2 XRD image of shish-kebab structured composite fiber membranes with different kebab sizes

2.3 接觸角分析

接觸角是表征纖維膜親疏水性的常用方法，接觸角越大，表明材料越疏水，而材料的親疏水性影響著細(xì)胞的黏附、遷移、分化等生物學(xué)行為[20]。Dalton等[21]選用成骨細(xì)胞作為試驗(yàn)細(xì)胞，采用磺酸處理聚苯乙稀表面，證明材料表面親水性的改善促進(jìn)了成骨細(xì)胞的黏附和遷移。為了評(píng)價(jià)纖維表面結(jié)構(gòu)對(duì)材料親疏水性的影響，對(duì)不同片晶尺寸的SK結(jié)構(gòu)復(fù)合纖維膜分別進(jìn)行超純水接觸角及PBS溶液接觸角測(cè)試，結(jié)果如圖3所示。

表2 不同片晶尺寸的串晶結(jié)構(gòu)復(fù)合纖維膜的結(jié)晶度

圖3 不同片晶尺寸的串晶結(jié)構(gòu)復(fù)合纖維膜的接觸角Fig.3 Contact angle of shish-kebab structured composite fiber membranes with different kebab sizes

由圖3可知，3種復(fù)合纖維膜均為疏水纖維膜。這是因?yàn)镻CL是疏水材料，而β-TCP主要包覆在纖維內(nèi)部，無(wú)法發(fā)揮其親水性。PT10復(fù)合纖維膜的超純水接觸角約為135.1°，呈現(xiàn)較高的疏水性。PT10-SK0.5和PT10-SK1.0復(fù)合纖維膜的超純水接觸角均顯著小于PT10復(fù)合纖維膜(P<0.01)，并且PT10-SK1.0復(fù)合纖維膜超純水接觸角小于PT10-SK0.5復(fù)合纖維膜(P<0.05)。這可能是因?yàn)槠?huì)占據(jù)一定的空間，迫使纖維間的距離變大，從而導(dǎo)致纖維間孔徑增加，使得水更容易滲入，而PT10-SK1.0復(fù)合纖維膜因具有更大尺寸的片晶，所以接觸角下降更為顯著。PBS溶液接觸角和超純水接觸角變化規(guī)律一致，但PBS溶液接觸角比超純水接觸角略微減小(P<0.05)。這是因?yàn)镻BS溶液中含有鈉、氯、鉀等親水性離子，當(dāng)液滴滴加到纖維膜表面時(shí)，由于吸附上一些親水性離子，使得纖維膜的接觸角減小，但是材料固有的高疏水性使得接觸角未發(fā)生明顯變化。以上結(jié)果表明，片晶的存在可以增加纖維膜的親水性，擁有大片晶的纖維膜的親水性改善更為顯著，這對(duì)骨類細(xì)胞的增殖、分化具有積極作用。

2.4 比表面積分析

研究表明，材料的比表面積越大，則特異性結(jié)合位點(diǎn)越多，更有助于細(xì)胞的增殖和分化[22]。本研究對(duì)不同片晶尺寸的SK結(jié)構(gòu)復(fù)合纖維膜進(jìn)行氮?dú)馕?脫附試驗(yàn)，以求得纖維膜的比表面積，結(jié)果如圖4所示。

圖4 不同片晶尺寸的串晶結(jié)構(gòu)復(fù)合纖維膜的吸附-脫附曲線Fig.4 Adsorption-desorption isotherms of shish-kebab structured composite fiber membranes with different kebab sizes

由圖4可知，3種復(fù)合纖維膜的吸附-脫附曲線接近于遲滯回線型曲線[23]。當(dāng)相對(duì)壓力(p/p0)為0.3～0.8時(shí)，吸附量上升緩慢，為單分子層向多分子層過(guò)渡階段，屬于多孔表面的多層吸附；當(dāng)p/p0為0.9～1.0時(shí)，吸附量急劇上升，為多分子層吸附過(guò)程，歸因于大孔的毛細(xì)凝聚作用[24]。圖4曲線顯示了3種復(fù)合纖維膜中介孔和大孔兩種尺寸孔的共存[25]。PT10、PT10-SK0.5和PT10-SK1.0復(fù)合纖維膜的比表面積分別為4.27、4.63和5.28 m2/g，因此說(shuō)明PCL納米片晶的形成增加了復(fù)合纖維膜的比表面積，可為細(xì)胞提供更大的生長(zhǎng)空間。

2.5 力學(xué)性能分析

骨修復(fù)材料優(yōu)良的力學(xué)性能可滿足骨類細(xì)胞生長(zhǎng)要求，能夠提供骨組織形成所需的空間，對(duì)于纖維型骨修復(fù)材料，其主要依靠纖維結(jié)構(gòu)及材料本身的力學(xué)性能[26]。本研究對(duì)不同片晶尺寸的SK結(jié)構(gòu)復(fù)合纖維膜進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，結(jié)果如圖5所示。

(a) 拉伸曲線

(b) 斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率

由圖5(a)可知，在拉伸過(guò)程中，纖維膜所受的拉伸強(qiáng)度達(dá)到峰值后隨著伸長(zhǎng)率的增加而減小。這是因?yàn)槔w維排列無(wú)序、堆疊纏結(jié)，在拉伸過(guò)程中存在纖維滑移等現(xiàn)象，因此纖維膜的斷裂無(wú)法瞬間完成。由圖5(b)可知，3種復(fù)合纖維膜的斷裂伸長(zhǎng)率都大于200%。這是因?yàn)镻CL是一種韌性材料，賦予纖維膜優(yōu)異的延展性。與PT10復(fù)合纖維膜相比，PT10-SK0.5和PT10-SK1.0復(fù)合纖維膜具有更加優(yōu)異的力學(xué)性能，其中，PT10-SK1.0復(fù)合纖維膜的斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率分別達(dá)到2.98 MPa和281.34%。這種力學(xué)性能的改善可能是因?yàn)楫?dāng)纖維間的距離小于片晶尺寸時(shí)，片晶會(huì)在纖維之間形成“結(jié)點(diǎn)”，而這種“結(jié)點(diǎn)”的存在有利于外力的傳遞，從而賦予纖維膜更優(yōu)異的力學(xué)性能[27]。

2.6 體外礦化分析

礦化是骨修復(fù)性能的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)之一。研究表明，當(dāng)具有生物活性的骨修復(fù)材料植入體內(nèi)后，材料表面會(huì)形成磷灰石進(jìn)而自發(fā)與周圍骨組織結(jié)合，其中磷灰石的含量及分布受到材料表面結(jié)構(gòu)的影響[28]。目前，在體內(nèi)測(cè)試材料的礦化性能較為困難，因此大多數(shù)研究人員通常采用模擬體液的方法測(cè)試材料的體外礦化能力，從而評(píng)價(jià)材料的生物活性[29]。本研究對(duì)不同片晶尺寸的SK結(jié)構(gòu)復(fù)合纖維膜的礦化結(jié)果進(jìn)行SEM觀察，結(jié)果如圖6所示。由圖6可知，3種復(fù)合纖維膜置于1.5×SBF 7 d后，在纖維表面能觀察到不同數(shù)量的磷灰石的沉積。PT10復(fù)合纖維膜中磷灰石呈菜花狀分布在纖維表面，但含量較少且分布不均勻。PT10-SK0.5復(fù)合纖維膜中磷灰石含量增加，并且磷灰石沿著纖維方向呈現(xiàn)較為均勻的生長(zhǎng)。這可能是因?yàn)槠У拇嬖谑沟美w維間的間距變大，從而有利于SBF溶液的滲入。隨著片晶尺寸的繼續(xù)增大，PT10-SK1.0復(fù)合纖維膜誘導(dǎo)更多的磷灰石均勻沉積在纖維表面，并且纖維中的片晶結(jié)構(gòu)已經(jīng)被磷灰石完全覆蓋。體外礦化結(jié)果可以表明，片晶的存在可加速磷灰石的沉積，并有利于磷灰石的均勻分布，賦予復(fù)合纖維膜更加優(yōu)異的生物活性。

(a) PT10

(b) PT10-SK0.5

(c) PT10-SK1.0

2.7 細(xì)胞增殖分析

纖維表面結(jié)構(gòu)對(duì)細(xì)胞的形態(tài)、增殖、分化等具有調(diào)節(jié)作用，進(jìn)而影響組織的再生重塑[19]。本研究采用CCK-8法對(duì)不同片晶尺寸的SK結(jié)構(gòu)復(fù)合纖維膜進(jìn)行細(xì)胞增殖試驗(yàn)，結(jié)果如圖7所示。

圖7 不同片晶尺寸的串晶結(jié)構(gòu)復(fù)合纖維膜的細(xì)胞增殖Fig.7 Cell proliferation of shish-kebab structured composite fiber membranes with different kebab sizes

由圖7可知，3種復(fù)合纖維膜的吸光度值都隨培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)而增加。培養(yǎng)1 d后，PT10-SK0.5和PT10-SK1.0的吸光度值均顯著高于PT10復(fù)合纖維膜(P<0.01)，且PT10-SK1.0吸光度值高于PT10-SK0.5復(fù)合纖維膜(P<0.05)。這是因?yàn)镻T10-SK1.0復(fù)合纖維膜具有較大的比表面積，為細(xì)胞提供了更多的黏附位點(diǎn)，從而促進(jìn)了細(xì)胞的黏附與增殖。此外，PT10-SK1.0復(fù)合纖維膜展現(xiàn)出較好的親水性，這也有利于細(xì)胞的黏附與增殖。培養(yǎng)4、7 d后，PT10-SK0.5和PT10-SK1.0的吸光度值依舊均顯著高于PT10復(fù)合纖維膜(P<0.01)，PT10-SK1.0的吸光度值顯著高于PT10-SK0.5(P<0.01)。細(xì)胞增殖結(jié)果表明，片晶的存在對(duì)細(xì)胞的增殖有積極作用，片晶尺寸越大，細(xì)胞增殖越顯著。結(jié)合體外礦化試驗(yàn)可以看出，具有大片晶的SK結(jié)構(gòu)復(fù)合纖維膜具有更加優(yōu)異的生物活性與生物相容性，可加速缺損處骨組織的再生。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文結(jié)合靜電紡絲和溶液誘導(dǎo)結(jié)晶法，通過(guò)改變PCL溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，成功制備了PT10、PT10-SK0.5(片晶大小約為153 nm)及PT10-SK1.0(片晶大小約為338 nm)復(fù)合纖維膜，并對(duì)以上3種具有不同片晶尺寸的復(fù)合纖維膜進(jìn)行性能測(cè)試。結(jié)果表明，相比PT10復(fù)合纖維膜，PT10-SK1.0的比表面積從4.27 m2/g增加至5.28 m2/g，拉伸斷裂強(qiáng)度從1.61 MPa升高至2.98 MPa，水接觸角從135.1°減小至110.0°。此外，體外礦化結(jié)果表明了PT10-SK1.0復(fù)合纖維膜更有利于磷灰石的沉積以及均勻分布。細(xì)胞增殖7 d的吸光度值從0.41增加至1.01，表明PT10-SK1.0復(fù)合纖維膜更有利于rBMSCs的增殖。綜上所述，結(jié)合靜電紡絲和溶液誘導(dǎo)結(jié)晶法制備的SK結(jié)構(gòu)復(fù)合纖維膜具有優(yōu)異的生物活性及生物相容性，在骨缺損修復(fù)領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

本文未討論質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于1.0%的PCL溶液制備SK結(jié)構(gòu)復(fù)合纖維膜的可行性，需要后續(xù)做進(jìn)一步的研究。