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  支架是骨組織工程的重要組成部分，其關(guān)鍵功能是在缺陷部位提供臨時(shí)的機(jī)械支撐，并為細(xì)胞生長(zhǎng)提供合適的環(huán)境。隨著人工骨支架的深入研究，在滿足可降解性和生物相容性等基本要求的同時(shí)，如何提升支架機(jī)械性能、賦予其骨誘導(dǎo)性同時(shí)構(gòu)建低密度多孔結(jié)構(gòu)成為骨支架研究的重點(diǎn)。基于此，天津工業(yè)大學(xué)李婷婷副教授與臺(tái)灣逢甲大學(xué)林佳弘特聘教授和臺(tái)灣亞洲大學(xué)樓靜文特聘教授合作， 在凹凸不平的PVA/PLA編帶表面采用超聲電沉積法制備羥基磷灰石涂層，擴(kuò)展了紡織結(jié)構(gòu)在骨組織工程領(lǐng)域的應(yīng)用，取得了系列研究成果（Journal of Materials Science (2019)；Materials Science and Engineering: C 105 (2019) 110062. Nanomaterials 9(5) (2019) 679.）基于前期研究成果，研究團(tuán)隊(duì)提出使用殼聚糖（CS）、聚乙烯醇（PVA）和聚乳酸（PLA）等材料，利用紡織結(jié)構(gòu)和冷凍干燥技術(shù)構(gòu)建出一種具有分級(jí)孔隙的芯-殼支架。并在此基礎(chǔ)上改進(jìn)其性能，制備出一種既滿足力學(xué)性能要求，又擁有骨誘導(dǎo)能力，同時(shí)具備良好細(xì)胞相容性的可降解骨支架。以上研究成果以“Two-step strategy for constructing hierarchical pore structured chitosan–hydroxyapatite composite scaffolds for bone tissue engineering”為題發(fā)表在期刊Carbohydrate Polymers上。

  文章通過(guò)生物可降解PVA/PLA復(fù)合紗線制成了中空的復(fù)合編帶，將CS溶液注入編帶，將編制結(jié)構(gòu)和冷凍干燥出的多孔海綿結(jié)構(gòu)結(jié)合，制備出一種芯-殼結(jié)構(gòu)的骨支架。用生物陶瓷HA混入CS中，通過(guò)改變其含量(0-2%)，制備CS/HA-PVA/PLA編帶支架。通過(guò)低溫等離子體（CAP）處理，經(jīng)由兩步法獲得了分級(jí)孔隙骨支架。 

圖1 (1) CS / 1.0wt%HA核-殼結(jié)構(gòu)凍干骨支架的芯部 SEM 圖和孔徑分析；(2) 芯-殼結(jié)構(gòu)凍干骨支架表面 SEM 圖：(a)  純 CS；(b) 0.5wt%HA；(c)  1.0wt%HA；(d) 2.0wt%HA

圖2(a-c) 壓縮測(cè)試；(a)應(yīng)力-應(yīng)變曲線，(b) 壓縮強(qiáng)度，(c) 壓縮模量

圖3（a-b）CAP 處理前后骨支架浸泡 SBF 10 天后 SEM 圖：(a) 純CS；(b) CS/1.0wt% HA ；(c) CS（CAP）；(d)  CS/1.0wt% HA(CAP）

  在 CAP 處理和添加 HA 顆粒后，支架的表面析出HA晶體更多更均勻，形成了大且完整的 HA 晶球顆粒。表明分級(jí)孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)于骨支架的體外礦化能力有良好的提升作用，小于10μm 的微孔擁有更高的粗糙度，可以為 HA 晶體的析出提供更好的形成環(huán)境。

圖4 (1) 在支架上培養(yǎng) 3 天的 MC3T3-E1 細(xì)胞形態(tài)的 SEM 顯微照片：（a-c） CS / HA；（d-f） CS / HA（CAP ）；(2) 用 MTT 法檢測(cè) MC3T3-E1 細(xì)胞在支架上 3 天和 5 天的存活率

  CAP 處理后，多級(jí)孔隙結(jié)構(gòu)骨支架的細(xì)胞存活率顯著提高。5 天時(shí)，CAP 處理后的 CS/1.0wt% HA 支架細(xì)胞存活率大幅上升至 277.6%，通過(guò)SEM觀察細(xì)胞形態(tài)，表明在純 CS 支架上進(jìn)行生物陶瓷添加和等離子體處理可進(jìn)一步增強(qiáng)細(xì)胞粘附。

  論文鏈接： https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2021.117765