原位聚合的聚吡咯纳米颗粒固定化聚己内酯导电支架用于骨组织工程

　　Mater。Sci。Eng。C：原位聚合的聚吡咯纳米颗粒固定化聚己内酯电纺导电支架用于骨组织工程
　　DOI：10。1016j。msec。2020。111056
　　尽管进行了大量尝试以制备聚吡咯纳米颗粒（PPyNPs）掺杂的纳米纤维支架，但仍需寻求一种低成本的简便策略。在本文中，研究者开发了一种新型PPyNPs原位聚合策略，并一步将其固定到PCL聚合物基质中。为了实现PPyNPs的原位聚合，将六水合氯化铁（FeCl3。6H2O）作为氧化剂引入PCL和吡咯单体的混合溶液中。由于化学氧化聚合过程，透明溶液变为黑色PCLPPy溶液。对溶液静电纺丝后，制备了PCLPPy复合纳米纤维。生物透射电镜图像清楚地显示了PPyNPs固定在PCL基质中。场发射扫描电子显微镜（FESEM）结果表明，PCLPPy支架表现出明显减小的纤维直径。原子力显微镜（AFM）研究表明PCLPPy支架的表面粗糙度增加。PCLPPy支架的机械强度测试显示，杨氏模量（YM2至4倍）和拉伸强度（TS3至4倍）均有改善。随着复合支架中PPyNPs浓度的增加，YM和TS也逐渐增加。在聚合物溶液和电纺支架上进行的电导率测量显示，PCLPPy溶液和支架中的导电性能也呈上升趋势。表面润湿性测试显示，水接触角测量值从纯PCL的126降低到PCLPPy200复合支架的93。通过模拟体液（SBF）孵育进行的生物矿化测试表明，PCLPPy支架上的磷酸钙晶体沉积强化。在无电刺激和有电刺激（ES）的情况下进行的CCK8分析和共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）成像显示，PCLPPy导电支架上MC3T3E1细胞的细胞粘附、生长和增殖增强。此外，ALP和ARS染色分析显示经ES处理后，PCLPPy支架上的磷酸钙沉积显著强化。因此，本研究为PCLPPy导电支架的制备提供了一种新的策略，该支架在电刺激下具有良好的生物活性、生物相容性和成骨分化能力，在骨组织工程领域具有广阔的应用前景。
　　图1。电刺激（ES）设备的示意图。
　　图2。聚合物溶液（第一列）和电纺支架（第二列）的数字图像，电纺支架的低分辨率（第三列）和高分辨率（第四列）FESEM图像，以及纤维直径分布图（第五列）。通过使用图像分析软件（ImageJ，NIH，USA）测量纳米纤维的直径。为了进行测量，分析了各个FESEM图像，并且每个图像总共测量了50根随机纳米纤维。
　　图3。TEM分析（A）PCLPPy50、（B）PCLPPy100和（C）PCLPPy200复合支架。为了进行TEM分析，将电纺纳米纤维直接收集在铜网格上并浸入乙醇溶液中，以确保纳米纤维附着在网格表面上。TEM图像显示出许多代表PPyNP的黑点（（14。311。94）n50，由ImageJ软件测量）。
　　图4。纯PCL、PCLFeCl3和PCLPPy电纺丝支架的（A）FTIR、（B）XRD、（C）TGA和（D）DSC。（EG）显示第一个加热、冷却和第二个加热热谱的单个支架的DSC。
　　图5。（A）纯PCL和PCLPPy电纺支架的应力应变曲线、（B）杨氏模量和拉伸强度、（C）AFM形貌图以及（D）水接触角（WCA）。（E）PCLPPy支架的奈奎斯特图（阻抗谱）。在AFM中，Ra表示平均粗糙度，而Rq表示均方根粗糙度。
　　图6。体外生物矿化研究。分别为SBF处理的（AC）纯PCL、（EG）PCLPPy50、（IK）PCLPPy100、（MO）PCLPPy200在3、7和14天的FESEM图像。（D，H，L和P）在第14天对各个支架的EDS分析。FESEM图像清楚地显示了PCLPPy支架的生物矿化显著改善，并且EDS光谱也证实了这一说法。通过EDS分析发现纯PCL、PCLPPy50、PCLPPy100和PCLPPy200中CaP的摩尔比分别为1。07、1。52、1。63和1。77。
　　图7。未经和经ES处理的支架的体外生物相容性研究。（A）CCK8分析和（B）CLSM显微图像。在CCK8中，数据表示为平均值标准偏差（n3），p0。05。在CLSM图像中，分别用DAPI（蓝色）和若丹明鬼笔环肽（红色）对细胞核和细胞质进行染色（在低放大倍数下，比例尺100m，在高放大倍数下，比例尺100m）。
　　图8。在未经和经ES处理的支架上进行的ALP和ARS研究。（A）ALP活性，（B）ARS的半定量，和（C）第21天的ARS染色支架的数字图像。在7和14天评估ALP活性，并在14和21天进行ARS实验。数据表示为平均值标准偏差（n3）和p0。01。
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