生物复合纳米纤维作为组织工程支架材料的研究进展

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丝素蛋白和乳酸-己内酯共聚物纳米纤维支架构建组织工程化角膜上皮的实验研究

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ＣｈｉｎＪＯｐｈｔｈａｌｍｏｌａｎｄＯｔｏｒｈｉｎｏｌａ￣ｎｇｏｌ，Ｍａｒｃｈ２０１３．Ｖｏ１３，Ｎｏ．２
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基础研究・
丝素蛋白和乳酸一己内酯共聚物纳米纤维支架构建组织＿Ｙ－程化角膜上皮的实验研究 △
李纲钱婷婷洪佳旭徐建江吴继红崔呈俊莫秀梅【摘要】目的评估兔角膜缘上皮细胞在丝素蛋白（ｓＦ）和乳酸一己内酯共聚物（ＰＬＣＬ）复合纳米纤维薄
膜上的黏附、增殖和分化情况，探讨ＳＦ — ＰＬＣＬ复合纳米纤维薄膜作为组织工程角膜上皮支架材料的可行性。方法利用六氟异丙醇（ＨＦＩＰ）作为溶剂，配制浓度为８％的ｓＦ和ＰＬＣＬ共混物（质量比２５：７５）的纺丝溶液。通过静电纺丝技术制备纳米纤维膜。将体外培养的第一代兔角膜缘上皮细胞种植于ＳＦ — ＰＬＣＬ纳米纤维薄膜上进行复合培养。利用扫描电镜观察ＳＦ — ＰＬＣＬ纳米纤维薄膜的表面形态及细胞材料复合物的表面形貌；利用免疫荧光染色分析角膜上皮细胞标记物Ｉ（３的表达情况；通过细胞活力检测观察细胞在材料上的生长分布规律。结
ＷＵＪｉ — ｈｏｎｇ，ＣＵＩＣｈｅｎｇ－ｊｕｎ，ＭＯＸｉｕ — ｍｅｉ．ＢｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓａｎｄＴｉｓｓｕｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＬａｂ，ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，ＣｅｍｉｈｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ａｄｎＢｉｏｌｏｉｃｇａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＤｏｎｇｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１６２０，Ｃｈｉｎａ

纳米材料在生物医学领域的创新应用案例

纳米材料在生物医学领域的创新应用案例随着纳米科技的不断发展，纳米材料在生物医学领域的创新应用呈现出巨大的潜力。

纳米材料的特殊性质使其具有广泛的应用前景，可以改良药物传递系统、提高医学诊断的精确性、改善组织工程的效果，并为生物医学研究提供了新的工具和技术。

以下将介绍一些纳米材料在生物医学领域的创新应用案例。

第一个案例是纳米材料在药物传递系统中的应用。

纳米粒子具有大比表面积和高表面能量的特点，可以增加药物与肿瘤细胞的接触面积，并提高药物在靶细胞中的富集度。

纳米粒子还可以通过表面功能化来实现靶向传递，即将药物载体与靶细胞特异性结合的配体进行修饰，使药物更加精确地送达到肿瘤细胞。

例如，一种名为纳米粒的纳米载体可以通过改变其表面修饰物的种类和密度，实现对多种肿瘤靶标的高效靶向传递。

这种方法能够提高药物的疗效，减少不必要的副作用，并有望成为未来肿瘤治疗的重要手段。

第二个案例是纳米材料在医学诊断中的应用。

纳米材料的独特光学性质和磁学性质使其成为理想的医学成像剂。

例如，将纳米金球修饰成表面可调节的纳米粒子，可以实现多模态成像，结合超声、CT、MRI等多种成像技术，提高医学诊断的准确性和定量性。

此外，纳米颗粒还可以作为荧光探针应用于细胞和组织的成像，通过荧光信号的变化来监测生物过程，并提供对疾病的早期诊断和治疗的依据。

第三个案例是纳米材料在组织工程中的应用。

组织工程是一种将生物材料、细胞和生物因子前体结合起来以重建组织功能的技术。

纳米材料可以作为组织工程支架的组成部分，提供细胞生长和分化所需的刺激和支持。

例如，纳米纤维支架能够模拟自然细胞外基质的结构和功能，提供细胞黏附和增殖的支持，促进组织再生和修复。

另外，纳米材料也可以通过递送生物因子和基因来改善组织工程的效果。

这些生物因子可以调控细胞的增殖、分化和分泌功能，从而实现组织的再生和修复。

纳米材料在生物医学领域的创新应用并不局限于以上案例，还有许多其他领域的创新应用。

纳米纤维材料的制备及性能分析

纳米纤维材料的制备及性能分析在当今科技飞速发展的时代，纳米技术的应用越来越广泛，纳米纤维材料作为其中的一个重要分支，因其独特的性能和广泛的应用前景而备受关注。

纳米纤维材料具有高比表面积、高孔隙率、良好的柔韧性和机械性能等优点，在生物医学、环境保护、能源存储与转化等领域展现出了巨大的潜力。

一、纳米纤维材料的制备方法（一）静电纺丝法静电纺丝是目前制备纳米纤维最常用的方法之一。

其基本原理是在高压电场的作用下，聚合物溶液或熔体形成射流，并在电场中拉伸和细化，最终沉积在接收装置上形成纳米纤维。

静电纺丝法具有操作简单、成本低、可制备多种材料的纳米纤维等优点。

通过调节溶液的性质（如浓度、黏度、导电性）、电场强度、喷射速度和接收距离等参数，可以控制纳米纤维的直径、形貌和结构。

（二）溶液吹纺法溶液吹纺法是将聚合物溶液通过高速气流拉伸成纳米纤维的方法。

与静电纺丝法相比，溶液吹纺法的生产效率更高，但纤维的直径分布相对较宽。

在溶液吹纺过程中，气流的速度、溶液的流量和浓度等因素对纤维的形成和性能有重要影响。

（三）模板合成法模板合成法是利用具有纳米级孔隙的模板来制备纳米纤维。

常见的模板有多孔氧化铝膜、聚合物膜等。

将前驱体溶液填充到模板的孔隙中，经过处理后去除模板，即可得到纳米纤维。

模板合成法可以精确控制纳米纤维的直径和长度，但制备过程相对复杂，成本较高。

（四）自组装法自组装法是依靠分子间的相互作用力（如氢键、范德华力等）使分子或纳米颗粒自发地组装成纳米纤维结构。

这种方法具有高度的可控性和选择性，但适用的材料范围相对较窄。

二、纳米纤维材料的性能（一）力学性能纳米纤维材料由于其纳米级的直径和高比表面积，通常具有较高的强度和模量。

同时，纳米纤维之间的相互作用也会影响材料的整体力学性能。

通过合理的设计和制备工艺，可以获得具有优异力学性能的纳米纤维复合材料。

（二）电学性能一些纳米纤维材料（如碳纳米纤维、金属纳米纤维）具有良好的导电性。

组织工程在皮肤再生中的研究进展

组织工程在皮肤再生中的研究进展皮肤是人体最大的器官，它不仅起到保护身体内部组织和器官的作用，还参与调节体温、感知外界环境等重要生理过程。

然而，由于烧伤、创伤、慢性疾病等原因，皮肤受损的情况屡见不鲜。

传统的治疗方法如自体皮肤移植、异体皮肤移植等存在着供体不足、免疫排斥等问题。

组织工程的出现为皮肤再生带来了新的希望，其在皮肤再生领域的研究取得了显著的进展。

组织工程是一门融合了生物学、工程学和医学的交叉学科，旨在通过构建生物活性替代物来修复、维持或改善受损组织或器官的功能。

在皮肤再生方面，组织工程主要涉及种子细胞、支架材料以及细胞与支架材料的相互作用等关键要素。

种子细胞是皮肤组织工程的基础。

成纤维细胞是皮肤真皮层的主要细胞类型，能够合成胶原蛋白、弹性纤维等细胞外基质成分，对于维持皮肤的结构和功能起着重要作用。

角质形成细胞则是表皮层的主要细胞，负责形成皮肤的屏障功能。

此外，干细胞如间充质干细胞、表皮干细胞等也因其具有自我更新和多向分化的潜能而成为研究的热点。

这些干细胞可以分化为成纤维细胞、角质形成细胞等皮肤细胞类型，为皮肤再生提供了丰富的细胞来源。

支架材料为种子细胞的生长和分化提供了三维空间和适宜的微环境。

天然材料如胶原蛋白、透明质酸、壳聚糖等具有良好的生物相容性和生物可降解性，但力学性能相对较差。

合成材料如聚乳酸、聚乙醇酸等具有较好的力学性能和可调控性，但生物相容性有待提高。

为了克服单一材料的局限性，研究人员开发了多种复合材料，如胶原蛋白/聚乳酸复合支架、透明质酸/壳聚糖复合支架等，以更好地满足皮肤再生的需求。

细胞与支架材料的相互作用对于皮肤再生至关重要。

支架材料的表面形貌、孔隙率、孔径大小等物理特性以及化学组成都会影响细胞的黏附、增殖和分化。

例如，具有适当粗糙度和孔隙结构的支架材料有利于细胞的黏附和迁移，而表面修饰特定的生物活性分子如生长因子、多肽等可以促进细胞的功能表达。

此外，细胞在支架材料上的接种密度、接种方式以及培养条件等也会对皮肤再生的效果产生影响。

纳米材料在医学中的应用

纳米材料在医学中的应用纳米材料是近年来兴起的研究领域，其特殊的结构和性质使其在医学领域具有广泛的应用前景。

本文将讨论纳米材料在医学中的应用，并探讨其中的关键技术与发展趋势。

一、纳米材料在药物传递系统中的应用由于纳米材料具有高比表面积、尺寸可控以及较大的药物载荷能力等特点，使其在药物传递系统中发挥重要作用。

纳米粒子可以作为药物的载体，通过调节纳米材料的尺寸和表面性质，实现药物的靶向输送和释放。

同时，纳米材料还可以保护药物免受生物酶的降解，提高药物稳定性。

例如，聚乳酸-co-乙酸乙二醇酯（PLGA）纳米粒子被广泛应用于抗癌药物的输送系统中。

二、纳米材料在诊断影像中的应用纳米材料在医学影像诊断中具有较好的应用前景。

通过调节纳米材料的尺寸和组成，可以使其具有较高的对比度和增强效果，从而提高影像的准确性和灵敏度。

纳米材料还可以用于生物标记物的检测和定位，实现早期癌症的准确定位。

例如，金纳米粒子可以作为肿瘤标记物，在X射线、MRI和光学影像等方面具有较好的应用潜力。

三、纳米材料在组织工程中的应用组织工程是一门研究将生物材料、细胞和生长因子等组合起来，以构建具有功能性的三维人工组织或器官的学科。

纳米材料在组织工程中发挥着重要的作用。

纳米纤维支架可以提供细胞黏附和生长的支持，促进组织的修复和再生。

纳米材料还可以模拟生物体内的生理环境，通过调控细胞外基质的生物力学特性，实现组织功能的重建。

四、纳米材料在光热治疗中的应用纳米材料在光热治疗中表现出独特的优势。

通过选择适当的纳米材料，并将其导入到肿瘤细胞中，可以利用光热效应将纳米材料转化为热能，从而局部破坏肿瘤细胞。

这种光热治疗方法具有非侵入性、局部性强和副作用小等特点，已被广泛应用于癌症治疗领域。

未来，纳米材料在医学中的应用将继续深入发展。

同时，纳米材料在医学中的应用也面临一些挑战，如纳米材料的安全性评价、长期稳定性等问题。

因此，需要进一步加强对纳米材料的研究和监管，确保其在医学领域的安全应用。

生命科学中的纳米纤维技术

生命科学中的纳米纤维技术在当今科技高速发展的时代，纳米科技正日益成为科技创新的重要方向。

在生命科学领域，纳米纤维技术也正在被广泛应用，成为研究细胞生长、组织工程和材料生物相互作用的重要工具。

一、纳米纤维技术的基础纳米纤维技术是利用电纺技术将聚合物液体加工成纳米级或微米级纤维的制造技术，这种技术可以制造出纤维直径介于10纳米至1微米之间的超细纤维，凭借其特殊的物理和化学性质，广泛应用于制造纳米传感器、纳米薄膜、组织工程等领域。

二、纳米纤维技术在细胞研究中的应用纳米纤维技术在细胞研究中发挥着重要的作用。

生物领域中广泛研究的细胞外基质(ECM)可以通过电纺技术得到超细的纳米纤维膜(ECM-NFM)，这个超细膜可以模拟ECM并提供3D环境，促进细胞增殖、分化和迁移。

此外，利用电纺技术制备出的纳米盖片等也可以被用于研究细胞和分子的相互作用。

三、纳米纤维技术在组织工程中的应用组织工程是借助生物医学材料来修复和重建人体组织，纳米纤维技术也为组织工程提供了新的解决方案。

利用电纺技术可以制备出仿生纳米纤维支架，这种支架材料具有高度的生物相容性和生物可降解性，可以用于体内修复和替代组织。

此外，纳米纤维支架材料还可以用于构建人工毛细血管和人工皮肤等生物组织。

四、纳米纤维技术在材料生物相互作用中的应用生物材料在体内接触组织和细胞时，必须克服由细胞表面分子和细胞外基质(ECM)组成的组织接触力，而纳米纤维技术可以制造出生物材料的类似物并研究其与生物体的相互作用。

例如，滤膜可以制备成超细的纳米纤维滤膜以去除水中的微观颗粒和有机物。

纳米纤维支架材料可以作为药物载体或细胞植入物，用于治疗癌症、心血管疾病等。

五、纳米纤维技术的发展前景纳米纤维技术的发展前景非常广阔。

这种技术已经被广泛应用于细胞生长、组织工程、药物输送和生物材料等众多领域。

而在众多应用领域中，基础研究和医疗领域的应用发展前景尤其明朗，有望为人类生命科学带来更多的创新。

生物纳米材料在组织工程和再生医学中的应用

生物纳米材料在组织工程和再生医学中的应用随着科技的不断发展和人们对健康的日益关注，生物纳米材料已成为了组织工程和再生医学等领域中的重要研究对象。

生物纳米材料能够与细胞和生物分子进行高效交互，利用其独特的物理、化学和生物学性质，促进细胞增殖、诱导细胞分化和修复组织损伤。

本文将探讨生物纳米材料在组织工程和再生医学中的应用，以及其带来的潜在的医学应用前景。

一、生物纳米材料在组织工程中的应用组织工程是一种利用生物纳米材料构建替代组织或器官的方法。

生物纳米材料的应用可以实现体内局部组织或器官的自愈或替代，避免了传统手术治疗中的一系列副作用和风险。

在组织工程中，生物纳米材料通常用于三种情况：1、构建替代器官生物纳米材料的应用可以帮助制造三维组织结构，为器官修复提供有利的条件。

同时，生物纳米材料的物理和生物学特性可以帮助建立一种功能性的生物环境，促进细胞的生存和繁殖。

例如，研究人员利用人工纳米纤维构建制备了具有能够压缩和放松的特殊物理性质的纳米纤维网格以及能够支持血管、神经元和其他组织的“超级结构”，该材料可于骨骼和肌肉失去功能且无法自我修复的领域得到应用。

2、修复受损或受伤组织生物纳米材料在组织损伤修复中也具有广泛的应用前景；如医生使用生物纳米材料制造生物可降解的支架并加以植入，可以帮助受损组织修复。

生物材料原则上是能够在体内存在有价值的，更好的是，研究人员可以制作出可降解和不可降解的生物纳米材料来提供置换和修复组织的可持续解决方案。

3、修复骨质疏松骨质疏松是骨组织受损引发的一种病症，是老年人中非常常见的情况。

利用生物纳米材料可以非常有效地缩短骨折伤口愈合时间，特别是对于长期同于卧床不能行动的病人，生物纳米材料的妙处就会更加体现。

二、生物纳米材料在再生医学中的应用再生医学是一种利用生物材料和生物纳米材料进行人体组织的再生和修复的科学。

生物纳米材料的应用可以帮助再生医学更好地进行细胞、组织和器官的修复和再生。

静电纺丝技术制备复合纳米纤维研究进展

径制备。采用由下至上的方法制备的纳米纤维如碳纳米纤维大都是不连续的。静电纺丝是一种由上至
下制备纳米纤维的技术，法可十分经济地制得直该径为纳米级的连续不断的纤维＿２。早在１３ｌｊＩ９４年Ｆｎａａｌ５０ｎｌｌｓ设计了静电纺丝的装置和工艺条件，
并申请了一系列专利，直到１９但９３年，一技术才这
被定义为静电纺丝技术。近ｌ来，０年由于纳米科技
ＰＬ双层复合管状支架，究了其孔隙率和孔径等Ｃ研
形态结构，征了其力学性能，在支架上培养小鼠表并胚胎成纤维细胞（Ｔ３和人体静脉肌成纤维细胞３）（ＨＶＳ，双层管可作为血管组织工程合适的支）该架；张幼珠等ｌ制备了丝素（Ｆ／ ¨ＪＳ）明胶复合纳米纤
基金项口：苏省离校重点实验室开放研究课题（８５３）汀ｓｌ０３１
和人脐静脉内皮细胞（Ｃ３４培养实验，ＥＶ０）为将该复合纳米纤维制成人造血管打下基础。静电纺丝制备复合纳米纤维的研究除了选择合
适的聚合物原料外，电纺丝装置的改进更是研究静
用中，采用这项技术制备芯质为药，层为生物可降皮解材料的纳米纤维，有利于药物的控制释放；组织工程中所用的血管、皮肤等替代物也可以使用性能各

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文献标识码：Ａ
文章编号：１００８ — ２１０ｘ（２ｏ１３）０２— ００５３ — ０３
ＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒｅｓｓｉｎｔｈｅＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＢｉｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｉｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｎａｎｏｉｆｂｅｍｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇｏｆｏｒｇａｎｉｃ— —ｏｒｇａｎｉｃａｎｄｉｎｏｒｇａｎｉｃ— — ｏｒｇｎｉａｃｈｙｂｉｒｄｓｈａｖｅｇｏｏｄｂｉｏｍｉｍｅｉｔｃａｎｄｂｉｏａｃｔｉｖｅ，ｗｈｉｃｈｗｅｒｅｐｏｔｅｎｔｉａｌｌｙａｐｐｌｉｃａｂｌｅｔｏｓｏｆｔｎｄａｈａｒｄｔｉｓｓｕｅｅｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇｓｃａｆｆｏｌｄｓ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｄｅｓｃｒｉｂｅｄｔｈｅｒｅｃｅｎｔｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｔｈｅｂｉｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｎａｎｏｉｆｂｅｒｓｉｎｔｉｓｓｕｅｅｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇｓｃａｆｆｏｌｄｓ．Ｂｅｓｉｄｅｓ，ｔｈｅｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓａｎｄｈｅｔｄｉｒｅｃｉｔｏｎｓｆｏｒｆｕｔｕｒｅｒｅｓｅａｒｃｈｗｅｒｅａｌｓｏｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｉｓｓｕｅｅｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇｓｃｆｆａｏｌｄｓ；ｏｒｇａｎｉｃ—ｏｒｇａｎｉｃｂｉｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｎａｎｏｉｆｂｅｒｓ；ｉｎｏｒｇａｎｉｃ— ｏｒｇａｎｉｃ
支架领域中具有广泛的应用前景。本文综述了这两种生物复合纳米纤维作为组织工程支架的研究进展，并对研究中存在的问题和今后研究的方向进行了讨论。关键词：组织工程支架；有机一有机生物复合纳米纤维；无机一有机生物复合纳米纤维；静电纺丝
中图分类号：１＝ｌＱ３４２．７９
程中重要的研究内容之一。
大的比表面积，这种支架可以为细胞的黏附、增殖、分化和分泌ＥＣＭ及细胞的生存提供良好的微环
境。
用于组织工程支架的静电纺丝高分子材料主要分为三类：天然高分子材料、合成高分子材料和它们的共混材料。天然高分子材料具有优异的生物相容性、生物活性及可降解性，但缺乏必要的机械性能。与天然高分子材料相比，合成高分子材料具有机械
第２期
刘美翠：生物复合纳米纤维作为组织工程支架材料的研究进展
‘５３・
生物复合纳米纤维作为组织工程支架材料的研究进展
刘美翠
（青岛科技大学化工学院，山东青岛２６６０４２）
摘要：由有机一有机和无机一有机材料混合电纺制备的生物复合纳米纤维具有优良的仿生性和生物活性，它们在软、硬组织工程
ｂｉｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｎａｎｏｉｂｆｅｒｓ；ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇ
组织工程学是研究和开发对人体病损组织或器
维的直径与天然ＥＣＭ的纤维直径相似，从而使得这种支架材料能够最大程度的仿生ＥＣＭ的结构。同时，由于具有较高的孔隙率、良好的孔 பைடு நூலகம்连通性和较
官结构、功能进行修复和改善的生物活性替代物的
一
门科学。组织工程技术包括三个要素：细胞、支架
和生长信息。支架是对细胞外基质（ＥＣＭ）的结构、功能的仿生，在组织工程中起到结构支撑和模板作用，为细胞提供寄宿、生长、增殖及分化的场所，从而能引导受损组织的再生及控制再生组织的结构。支架材料是组织工程中很重要的一部分，也是组织工
静电纺丝法以静电力作为牵引力能够制备直径达到纳米级的超细纤维。这种超细纤维是具有优良
ＮａｎｏｉｆｂｅｒｓａｓＴｉｓｓｕｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｃａｆｏｌｄｓ
Ｌ／ＵＭｅ —ＣＩＺ
（ＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇＣｏｌｌｅｇｅ，ＱｉｎｇｄａｏＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ２６６０４２，Ｃｈｉｎａ）