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深圳大学第一附属医院陈宗正:微流控辅助静电纺丝制备肠道屏障建模用定向食源性纳米纤维

学术动态    2022-07-01 16:12

DOI: 10.7717/peerj.13513

 

在静电纺丝过程中,沉积在收集器上的纤维通常以无序形式随机取向。研究人员希望生成周期性结构以扩大静电纺丝的应用范围,从而改善电子和光子器件的传感性能、增强固体聚合物复合材料的力学性能以及人体组织的定向生长。本文提出了一种通过将介电聚合物放置在微流控装置上来控制定向食源性纳米纤维制备的技术,无需使用金属收集器。这项研究引入PEDOT:PSS聚合物作为接地集电极,以直接在微流控平台上制备定向食源性纳米纤维。电解聚合物集电极的流动性使得接地集电极可以根据微腔的形状进行调整,从而形成具有可控体系的空间可调纳米纤维膜。拆卸集电极的简单性也使获得完整的电纺纤维膜变得极其简单,无需任何额外步骤。此外,纳米纤维可以很容易地堆叠成具有可控分层结构的多层结构。在该装置上生长的Caco-2细胞形成了致密的肠上皮层,持续表达紧密结合蛋白ZO-1。这种选择性过滤小分子的肠道屏障具有更高水平的TEER(跨膜电阻),再现了类似于体内模型的肠道过滤功能。总而言之,这种方法为各种组织支架、光子和电子传感器的设计与制备提供了新的途径。

 

图1.集成微流控通道的纳米纤维支架阵列的示意图。

 

图2.在不同浓度乙醇中溶解(A),外加不同电压(B)以及在不同注射速度下纳米纤维的SEM照片。

 

图3.通过微流控装置(A)和铜箔收集器(B)制备的定向纳米纤维的SEM图像。还对纤维长轴与平行电极边缘的法线角分布进行了统计分析。显示的结果来自对120多根纤维的测量。

 

图4.由不同食源性材料制成的单轴定向纳米纤维的SEM图像:(A)玉米醇溶蛋白;(B)β-环糊精。

 

图5.由沉积在微流控装置上的四个(A)和六个(B)电极组成的多层结构定向纳米纤维的示意图。在收集过程中,电极交替接地约30秒。三维图像显示了由定向纤维组成的网格的空间轮廓。

 

图6.Caco-2单层在不同条件下的肠道活力表征。(A)免疫荧光图像显示紧密连接蛋白ZO-1(绿色)在Caco-2单层中的表达。比例尺:50μm。(B)通过细胞计数试剂盒-8(CCK-8)对Caco-2细胞活力进行定量分析。数据显示为平均值±SD(N=3)。

 

图7.不同条件下肠道分化和屏障功能的评估。(A)分别在顶端(AP)和基底外侧(BL)评估不同培养物下肠细胞的ALP活力。结果从一式三份的独立实验中获得。(B)通过量化不同条件下FD20在Caco-2单层的传输测定表观渗透系数(Papp)。(C)通过TEER量化Caco-2单层的屏障完整性。数据显示为平均值±SD(N=3)。**P<0.01,*P<0.05。