聚己内酯 (PCL) 是最广泛使用的生物聚合物之一，因为它具有适用于生物医学应用、组织工程支架或药物递送系统的特性。然而，PCL支架缺乏足够的生物活性，因此人们研究了其他替代方案，例如将PCL与明胶等生物活性聚合物混合，以促进细胞生长。来自塞维利亚大学的Manuel Rodríguez-Martín团队在 Biomimetics 期刊发表了文章，利用静电纺丝技术，分别使用基于PCL的溶液 (12 wt.% 和 20 wt.%) 以及PCL与明胶的溶液 (分别为 12 wt.% 和 8 wt.%) 来制备纳米纤维膜。使用甲酸和乙酸以及两者以不同比例混合的溶液来制备预溶液，从而通过控制溶液粘度来支持静电纺丝工艺，进而控制纤维的尺寸和均匀性。对溶液的物理性质以及膜的形态、机械和热性能进行了评估。结果表明，通过选择合适的聚合物浓度和溶剂，可以达到样品的预期性能。
表1. 评估的每种溶液的成分 (AA: 98%冰乙酸; FA: 98%甲酸)。
研究过程与结果
作者以不同比例的乙酸和甲酸作为溶剂，制备了七种各50 g的溶液，其中六种溶液的PCL含量为12 wt.%，另一种溶液的PCL含量为20 wt.%。此外，在其中五种PCL含量为12 wt.%的溶液中添加了8 wt.%的B型明胶。最后，将所得溶液储存在4°C的冰箱中，直至进行电纺丝工艺。
通过对膜的接触角分析，明胶的存在显著降低了表面接触角，从而提高了亲水性。因此，加入明胶可以使膜具有更高的亲水性和足够的接触角，从而改善细胞粘附。事实上，对于肌肉细胞而言，估计当接触角值在40至60°之间时，细胞粘附率会有所提高。
热重分析表明明胶的存在延缓了PCL的热分解。与在结构中添加明胶的结果相比，在热事件中获得了向右的位移，提高了支架的热稳定性，这可能是由于PCL和明胶之间形成了共价键。
扫描电镜发现，溶剂比显著影响纤维的直径。增加乙酸的比例有利于形成更粗但更均匀的纤维。另一方面，甲酸的存在会减小纤维直径，尽管它也有利于缺陷的形成。主要原因之一是溶剂比会影响溶液的粘度。因此，当粘度过低且链缠结浓度也较低时，通常会得到珠状或珠状纤维。另一方面，如果粘度过高，则由于不存在连续的聚合物流，纤维的持续纺丝变得困难。此外，添加明胶显著提高了膜的孔隙率，这可能是因为形成了更均匀的纤维，而没有缺陷，从而阻止了聚集纤维的形成。
为了评估PCL以及含有不同比例乙酸和甲酸的明胶结构的PCL的机械性能，对每种膜进行拉伸断裂试验。从结果中可以推断，较高的聚合物浓度会导致膜更硬但变形更困难。另一方面，加入明胶会导致结构更加不均匀，孔隙率更高，因此机械性能更差，尤其是膜更易碎。
图1. M1 (A) 和 M4 (B) 系统接触角测试结果。
研究总结
总体结论是，使用乙酸和甲酸作为溶剂，通过静电纺丝技术成功开发并表征PCL和明胶膜是可行的。事实上，在PCL共混物中添加明胶可以改善其表面性能，显著降低接触角，使PCL薄膜具有亲水性，并具有适合肌肉细胞粘附的接触角。膜的热特性测试证实，添加明胶会导致高温下的热事件向右移动，这意味着更高的热稳定性。
关于形态学表征，可以得出结论：前驱体溶液的粘度和电导率对膜的最终微观结构起着至关重要的作用。此外，明胶的加入增加了膜的纤维直径和孔隙率，导致膜的机械性能下降。
最后，从这些结果可以得出结论：在PCL膜或支架中添加明胶，并适当控制所用溶剂，可以显著改善其性能，使其更适合组织工程应用。此外，为了将这些结果转化为医学应用，需要进行组织学和功能评估。
原文出自 Biomimetics 期刊：https://www.mdpi.com/2652012
期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/biomimetics
Biomimetics 期刊介绍
主编：Stanislav N. Gorb, Kiel University, Germany
期刊致力于研究生物体的最基本方面及其特性向人类应用的转移。期刊旨在为材料科学、机械工程、纳米技术和生物医学领域的研究人员和专业人士提供一个平台，通过在工程系统、技术和生物医学中利用生物启发的设计，开发实现可持续创新的解决方案。
2024 Impact Factor：3.9
2024 CiteScore：4.2
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Acceptance to Publication：2.8 Days
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