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3D打印電紡纖維基軟骨再生支架

發布日期：2019-06-19 08:43:28

       三維(3D)纖維支架因為其纖維網絡可以有效地模擬ECM結構，調節細胞生物學行為，包括粘附、分化和基質沉積備受關注。靜電紡絲作為一種用途最廣泛的纖維制造技術，可用于制備可控制的納米纖維，準確模擬ECM結構(如纖維膠原)。然而，電紡纖維通常形成具有小孔徑和低厚度的二維(2D)膜，而很難構建三維支架。3D打印是一種很有前途的技術，可以精確控制單個三維形狀和大孔(鏈間)的支架。
多種電紡纖維支架的原理圖
多種電紡纖維支架的原理圖
(a)傳統纖維支架電紡纖維膜
(b)由分散電紡纖維經冷凍成型制成的三維纖維支架
(c) 3D打印纖維基支架的制備過程
        然而，目前基于3D打印的支架大多缺乏纖維表面結構，無法有效地模擬天然ECM結構。將靜電紡絲技術與3D打印技術相結合，可以制備出具有個性化形狀、可控大孔、纖維表面結構理想的三維支架。但是，需要解決以下三個問題：1)需要將電紡纖維膜轉化為適用于短單纖維結構3D打印的油墨；2)需要實現短單纖維的高效粘接和纖維基油墨在3D打印過程中的均勻擠出；3)提高支架的力學性能，以維持原有結構。
靜電紡纖維、分散纖維和3D打印支架
靜電紡纖維、分散纖維和3D打印支架
      為了解決以上問題，近日，上海交通大學醫學院附屬九院周廣東教授和東華大學莫秀梅教授在期刊Materials&Design上共同發表一篇題目為“Three-dimensional printed electrospun fiber-based scaffold for cartilage regeneration”的文章。研究者將靜電紡絲、3D打印、冷凍干燥、交聯等技術相結合，成功地將靜電紡絲纖維制成了外觀形狀準確、大孔結構可控、力學性能良好的三維纖維支架。其制備過程如下，首先，通過電紡絲、脫水、均質化、蒸發干燥等步驟，將電紡絲纖維膜轉化為短單纖維粉末；其次，將纖維粉、透明質酸(HA)溶液、聚氧乙烯氧化物(PEO)溶液混合攪拌形成3D打印油墨；然后采用凍干交聯的方法提高支架的力學性能，保持原有結構。接著，對支架的力學性能、纖維形態和孔隙結構進行了表征，并利用體外和體內的軟骨再生模型進一步評價了組織再生的可行性。因此，本研究為多種仿生支架的設計和制備提供了一個研究模型。
三維纖維支架制備及內部結構

三維纖維支架制備及內部結構

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