3D XRM用于礦化自組裝絲素/纖維素互穿網(wǎng)絡(luò)氣凝膠的研究和開發(fā)

摘要

以生物分子為模板制備控制納米-羥基磷灰石（n-HA）晶體成核和生長的生物活性材料是骨組織工程的一個重要研究領(lǐng)域。然而，同時滿足具有適當(dāng)?shù)谋砻娲植诙?、高孔隙率、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、足夠的機械強度、生物降解性和生物相容性等性能要求，是制約這些仿生材料在生物科學(xué)和醫(yī)學(xué)臨床轉(zhuǎn)化領(lǐng)域發(fā)展的核心問題。本研究采用溶膠-凝膠冷凍干燥和原位礦化工藝，制備了礦化自組裝絲素蛋白(SF)/纖維素互穿網(wǎng)絡(luò)復(fù)合氣凝膠（M-S-C），探討了SF大分子的表面性質(zhì)和礦化時間等主要因素對n-HA自組裝過程的影響，以及M-S-C在特定條件下性質(zhì)的影響。研究了M-S-C的理化性質(zhì)、形態(tài)、力學(xué)性能、降解行為和體外細(xì)胞毒性等，以評價其在骨組織工程中的應(yīng)用前景。M-S-C具有理想的松質(zhì)骨修復(fù)材料所需的微觀結(jié)構(gòu)，孔隙率高達(dá)99.2%，熱穩(wěn)定性高，抗壓強度可調(diào)(12.7-22MPa)，體外降解速率顯著。此外，M-S-C提取物能顯著促進人胚胎腎細(xì)胞增殖。這種礦化互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)氣凝膠材料綜合性能優(yōu)異，在骨修復(fù)和再生方面具有潛在的應(yīng)用前景。

2.3.4. M-S-C的形態(tài)和微觀結(jié)構(gòu)

使用Skyscan1273三維X射線顯微成像系統(tǒng)(3D XRM，Bruker, Germany) 以5微米/像素的分辨率測量氣凝膠，以3D和無損的方式顯示其內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)。對數(shù)據(jù)集進行重構(gòu)(NRecon V1.7.4.6, Bruker, Germany) 并生成3D模型(CTvox v3.3.1, Bruker, Germany)。

為了可視化氣凝膠的三維微觀結(jié)構(gòu)，進行了3D XRM掃描。三維重建圖 (圖9a-d)以及xy (圖9e-h)和xz (圖9i-I)的橫截面清楚地表明氣凝膠結(jié)構(gòu)中存在開放和連通的孔隙。這種多孔結(jié)構(gòu)允許細(xì)胞的遷移和增殖，并在骨組織形成中發(fā)揮重要作用。圖9中的所有圖像都使用了相同的顏色表，有機基質(zhì)和HA兩種分散相分布濃度的變化通過獲得的圖像的不同灰度值來表現(xiàn)。M-C和M-S-C中xy和xz的橫截面亮度高于纖維素氣凝膠和SC，這是由于M-C和M-S-C表面存在HA。此外，M-C和M-S-C總體上表現(xiàn)出較高且均勻的亮度，這與M-C和M-S-C在SEM圖像中表現(xiàn)出均勻且高度礦化的形貌相一致 (圖6b和f)。