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南工陳蘇教授團隊 AHM：靜電紡絲 - 反應涂膜技術制備肉感人造皮膚新成果
2024-03-23  來源：高分子科技

  皮膚作為人類外在的保護屏障，在保護身體免受疾病和意外傷害方面發(fā)揮著重要作用。由于皮膚復雜的傷口修復過程和微環(huán)境，創(chuàng)傷修復與再生是組織工程的研究重點，亦是全球生命健康領域的難題。因此，開發(fā)人造皮膚新材料創(chuàng)建細胞增殖的微環(huán)境以加快傷口愈合是組織工程領域的前沿課題之一。目前，盡管人造皮膚材料，如豬皮、“軟濕”水凝膠、納米纖維支架材料等已有報道，然而在微環(huán)境的調控以及肉感人造皮膚制備方面仍然是挑戰(zhàn)。


  針對上述挑戰(zhàn)，南京工業(yè)大學化工學院、材料化學工程國家重點實驗室陳蘇教授，創(chuàng)新性地結合靜電紡絲與原位反應成膜方法將納米纖維與凝膠復合，構筑了凝膠負載的納米纖維肉感人造皮膚材料，該皮膚為加速傷口愈合提供了良好的微環(huán)境。首先，采用靜電紡絲技術制備了疏水親水的PCL/PCL-PCE（PCL=聚己內酯，PCE =聚檸檬酸-co-聚賴氨酸）雙層纖維膜，然后在疏水的PCL纖維膜表面原位反應形成親水的凝膠層，從而獲得了凝膠負載疏親水納米纖維人造皮膚材料。它不僅具有水凝膠和納米纖維的透氣性好、機械強度高、抗菌性能好、相容性好等優(yōu)點，而且在外觀、質地、功能等方面與真實皮膚相媲美。該水凝膠負載的疏水-親水納米纖維具有吸水-傳輸能力，即內層水凝膠層有利于吸水，而疏水(中間層)-親水(外層)納米纖維支架形成泵效應，利于水傳輸。因此，該肉感人造皮膚具有體液管理能力，可以在創(chuàng)面處建立良好的微環(huán)境，大大加快創(chuàng)面愈合。該工作提出了一種靜電紡絲-反應涂膜方法，可以精確實現(xiàn)成分控制與微結構調控，為微環(huán)境適宜、功能優(yōu)越的肉感人造皮膚開辟了新的途徑。這項研究成果于近日發(fā)表在國際重要刊物《Advanced Healthcare Materials》上 (Robust Gradient Hydrogel-Loaded Nanofiber Fleshy Artificial Skin via A Coupled Microfluidic Electrospinning-Reactive Coating Strategy, Advanced Healthcare Materials, 2023, DOI: 10.1002/adhm.202304321)。南京工業(yè)大學李晴副教授為第一作者。南京工業(yè)大學陳蘇教授為通訊作者。該課題得到了國家自然科學基金面上項目、江蘇省高校優(yōu)勢學科建設工程等基金的資助和支持。 


圖1. 肉感皮膚制備與應用示意圖。(a) GA-CMCS水凝膠制備路線示意圖。(b) 靜電紡絲-反應涂膜方法制備水凝膠負載的親水-疏水納米纖維支架示意圖。(c) 傷口愈合過程的示意圖。 


圖2. 水凝膠負載納米纖維支架的表征。(a) 負載水凝膠的納米纖維支架的SEM圖像和熒光圖像。(b) 外層親水性PCL-PCE層、疏水性PCL層和內層水凝膠層的微觀結構。(c) 水凝膠在各種基材上的粘附性能。(d) 照片顯示與真實皮膚相當?shù)娜赓|特征和厚度 (GA含量為5wt %)。PCL-PCE/PCL納米纖維層和水凝膠負載納米纖維支架材料：(e) 吸水能力，(f) 透氣性，(g) 機械強度。 


圖3. 水凝膠負載納米纖維支架的吸收傳輸特性。(a) 水在纖維膜和凝膠層上的擴散照片。(b) 水凝膠負載的納米纖維支架從內層到外層的單向水傳輸特性。(c) 從凝膠層到纖維層的水傳輸照片。(d) 水傳輸機制示意圖。疏水納米纖維基質的毛細力(Fc)阻擋液滴并抑制其濕潤(左圖)。凝膠基納米纖維網(wǎng)絡的毛細力(Fc)和潤濕力(Fw)允許液滴通過多個接觸點傳輸(右圖)。  


圖4. 水凝膠負載納米纖維支架的抗菌性能和生物相容性。(a) GA和EPL的抗菌機制示意圖。(b) 兩層PCL-PCE/PCL和水凝膠負載的納米纖維支架(GA含量分別為1、3、5 wt%)孵育后金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的掃描電鏡圖。標尺尺寸為1.2 μm。(c) 四種不同樣品中活細胞/死細胞的熒光圖像。標尺尺寸為80 μm。(d) 不同樣品孵育24 h后的細胞活性。數(shù)據(jù)以平均值±SD表示。條形圖表示標準誤差，n = 3 


圖5. 小老鼠傷口愈合分析。(a) 左圖：PBS、單層PCL和PCL-PCE納米纖維層、PCL/PCE-PCL納米纖維雙層支架、水凝膠和三層水凝膠納米纖維支架處理傷口0，5，9和14天的照片(比例尺= 1mm)。右圖：傷口愈合過程隨時間的可視化圖像。藍色:0天，綠色:5天，粉色:9天，紅色:14天。(b)六組創(chuàng)面大小與時間的定量分析。數(shù)據(jù)以平均值±SD表示。條形圖表示標準誤差，n = 3。(c) 水凝膠負載納米纖維與商業(yè)傷口敷料的傷口閉合率對比。(d) 六組肉芽生長的顯微鏡圖像。(e) 六組肉芽生長厚度定量分析。數(shù)據(jù)以平均值±SD表示。條形圖表示標準誤差，n = 3。 


圖6. 愈合過程組織分析。(a-d) PBS、單層PCL和PCL-PCE納米纖維層、PCL/PCE-PCL納米纖維雙層、水凝膠和三層水凝膠負載的納米纖維支架處理傷口的光學照片。(a) HE染色，(b) CD68染色，(c) α-光滑染色，(d) Masson染色。圖b-d中的比例尺為20 μm。(e) m2型巨噬細胞數(shù)量定量分析。(f) 血管數(shù)量的定量分析。數(shù)據(jù)以平均值±SD表示。條形圖表示標準誤差，n = 3。

 

  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adhm.202304321

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（責任編輯：xu）
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