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离子型和非离子型表面活性剂对乳液电纺纤维包封牛血清白蛋白及其生物学性能的影响

学术动态    2022-06-13 16:19

DOI: 10.3390/molecules27103232

 

乳液静电纺丝是一种通过封装生物活性分子来改变纤维表面和功能特性的方法。在当前研究中,牛血清白蛋白(BSA)起到改性剂的作用,为了在静电纺丝过程中保护蛋白质,制备了由聚合物以及BSA和阴离子(十二烷基硫酸钠-S)或非离子(吐温80-T)表面活性剂形成的胶束组成的W/O(油包水)乳液。观察发现胶束尺寸分布强烈依赖于表面活性剂的性质和数量,表面活性剂浓度越高,形成较小胶束的趋势越高(S为4-9µm,T为8-13µm)。与未改性的PCL聚合物纤维(100-900nm和130°)相比,阴离子表面活性剂胶束的出现降低了纤维的直径(100-700nm)和非织造布表面的润湿性(高达77°)。使用非离子表面活性剂可提高胶束与白蛋白的负载效率(约90%),降低非织造织物的润湿性(约25°)并形成更粗的纤维(100-1100nm)。通过X射线光电子能谱(XPS)检测蛋白质的存在,采用紫外-可见分光光度法测定负载效率和释放特性。结果表明,胶束的位置影响蛋白质的释放曲线,用含非离子表面活性剂的胶束改性的材料没有出现突释现象。与阴离子表面活性剂相比,释放动力学符合零级释放模型的特征。选择的表面活性剂浓度不会对纤维基质的生物学特性产生不利影响,例如RAW巨噬细胞264.7的高活力和低细胞毒性。

 

图1.添加0.1%Tween80(A)、0.4%Tween80(B)、0.1%SDS(C)和0.4%SDS(D)的乳液的表面活性剂稳定分散相的明场显微镜照片和尺寸分布。

 

图2.所有乳液的胶束尺寸分布。基于每个样品的显微图片测量的N=100个胶束的结果。标准偏差显示为误差线。

 

图3.刚刚制备好(A)和1小时后(B)乳液的粘度。

 

图4.T1(A,A')、T4(B,B')、S1(C,C')、S4(D,D')和PCL(E)纤维支架的SEM显微照片、纤维尺寸分布(A-E)和荧光显微镜图像(A'-D')。纤维尺寸分布的箱形图(F)。

 

图5.纯PCL纤维(A,A')、T1(B,B')和S1(C,C')中C1s(A-C)和O1s(A'-C')的去卷积光谱。

 

图6.由含有不同类型和浓度的表面活性剂的乳液制备的非织造布的接触角。该图显示了去离子水接触角的平均值和标准偏差(N=10)。

 

图7.BSA累积释放曲线。该图显示了BSA释放的平均值和标准偏差。每次测量一式三份进行。

 

图8.乳液静电纺丝样品的体外释放曲线:T1(A)、T4(B)、S1(C)和S4(D),以及基于四个动力学方程的拟合曲线。将实验数据与四种模型进行比较:零阶、一阶、Higuchi和Ritger-Peppas。通过优化K值以最小化均方误差来获得最佳拟合。

 

图9.S1(A)和S4(B)样品释放BSA的三相模型。将实验数据划分为区间(对应不同阶段),分别与零阶、一阶和Higuchi模型进行比较。通过优化K值以最小化均方误差来获得最佳拟合。

 

图10.RAW264.7小鼠巨噬细胞在所有样品上的活力(A)和细胞毒性(B)。使用组织培养聚苯乙烯(Ctr)、纯PCL纤维(Ref)以及通过乳液静电纺丝获得的样品进行测试。单向ANOVA分析和事后Tukey检验的结果。

 

图11.样品T1(A)、T4(B)、S1(C)、S4(D)和PCL(E)表面上存在的RAW264.7小鼠巨噬细胞的SEM图像。细胞标记为绿色。

 

图12.静电纺丝工艺示意图。