2022-11-25
摘要
以生物分子為模板制備控制納米-羥基磷灰石（n-HA）晶體成核和生長的生物活性材料是骨組織工程的一個重要研究領域。然而，同時滿足具有適當的表面粗糙度、高孔隙率、結構穩定性、足夠的機械強度、生物降解性和生物相容性等性能要求，是制約這些仿生材料在生物科學和醫學臨床轉化領域發展的核心問題。本研究采用溶膠-凝膠冷凍干燥和原位礦化工藝，制備了礦化自組裝絲素蛋白(SF)/纖維素互穿網絡復合氣凝膠（M-S-C），探討了SF大分子的表面性質和礦化時間等主要因素對n-HA自組裝過程的影響，以及M-S-C在特定條件下性質的影響。研究了M-S-C的理化性質、形態、力學性能、降解行為和體外細胞毒性等，以評價其在骨組織工程中的應用前景。M-S-C具有理想的松質骨修復材料所需的微觀結構，孔隙率高達99.2%，熱穩定性高，抗壓強度可調(12.7-22MPa)，體外降解速率顯著。此外，M-S-C提取物能顯著促進人胚胎腎細胞增殖。這種礦化互穿聚合物網絡氣凝膠材料綜合性能優異，在骨修復和再生方面具有潛在的應用前景。
2.3.4. M-S-C的形態和微觀結構
使用Skyscan1273三維X射線顯微成像系統(3D XRM，Bruker, Germany) 以5微米/像素的分辨率測量氣凝膠，以3D和無損的方式顯示其內部孔隙結構。對數據集進行重構(NRecon V1.7.4.6, Bruker, Germany) 并生成3D模型(CTvox v3.3.1, Bruker, Germany)。
為了可視化氣凝膠的三維微觀結構，進行了3D XRM掃描。三維重建圖 (圖9a-d)以及xy (圖9e-h)和xz (圖9i-I)的橫截面清楚地表明氣凝膠結構中存在開放和連通的孔隙。這種多孔結構允許細胞的遷移和增殖，并在骨組織形成中發揮重要作用。圖9中的所有圖像都使用了相同的顏色表，有機基質和HA兩種分散相分布濃度的變化通過獲得的圖像的不同灰度值來表現。M-C和M-S-C中xy和xz的橫截面亮度高于纖維素氣凝膠和SC，這是由于M-C和M-S-C表面存在HA。此外，M-C和M-S-C總體上表現出較高且均勻的亮度，這與M-C和M-S-C在SEM圖像中表現出均勻且高度礦化的形貌相一致 (圖6b和f)。
圖9所示，三維XRM重建 (a) 纖維素氣凝膠, (b) M-C, (c) SC, (d) M-S-C。貫穿氣凝膠中心的2D (e-h) xy和 (i-I) xz切片。（氣凝膠的裂縫是由于分布不均造成的）。
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