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胶原蛋白基纳米纤维的制备方法

实验指南    2022-10-13 14:35

一、背景

    胶原蛋白是细胞外基质的基本结构组分,占到人体蛋白组织的30%,胶原蛋白分子链通过氢键和共价键链接在一起,并且胶原链可自组装成稳定的纤维,这种高度有序的结构可使天然胶原基质表现出较高的机械强度。此外,胶原蛋白具有生物降解性、高生物相容性,并可提高细胞的渗透性和创面修复性,在组织工程支架和伤口包覆方面具有广泛的应用,是非常重要的一种天然高分子。

    胶原蛋白基静电纺丝纳米纤维在组织工程、止血及伤口愈合、载药和防粘连等生物医学领域取得到了广泛的应用。北京永康乐业科技发展有限公司专注于纳米纤维的制备与应用研究,其合作者产生一系列重要成果。四川大学肖世维等以胶原、聚乙烯醇为原料,首先研究了两者不同配比共混液的流变性能,结果表明胶原-聚乙烯醇共混液的黏度随剪切速率增大而减小、随温度升高而降低[1]。Chen等使用同轴共纺丝技术制备了热塑性聚氨酯/胶原蛋白共混纳米纤维支架,研究发现该纳米支架具有与原细胞外基质相似的性质,可用于组织工程替代材料[2]。Yang等制备了具有多孔结构的丙交酯-乙交酯共聚物/胶原蛋白纳米仿生细胞外基质支架,发现胶原蛋白的引入提高了支架的细胞粘附与增殖[3]。Sundar等使用静电纺丝法制备了胶原蛋白/聚(N-异丙基丙烯酰胺)/壳聚糖纳米纤维毡用于与血液接触的载药应用[4]。Chen等使用静电纺丝方法制备了一种载有万古霉素、庆大霉素以及利多卡因等药物的胶原蛋白复合支架用于烧伤感染的愈合治疗[5]。

二、纳米纤维的制备

2.1 仪器和试剂

    仪器:SS系列静电纺丝设备 (北京永康乐业科技发展有限公司);磁力搅拌器 ;电 子天平;扫描电镜。

    试剂:胶原( Ι北京永康乐业科技发展有限公司);聚乙烯醇(PVA1788 ,北京永康乐业科技发展有限公司);六氟异丙醇,冰醋酸(市售,分析纯);

2.2 胶原纳米纤维膜的制备

使用北京永康乐业科技发展有限公司SS系列静电纺丝设备制备纳米纤维膜。先将胶原溶解于六氟异丙醇中,配制成质量浓度为0.06g/ml的胶原溶液,然后配制质量分数为10%的聚乙烯醇,将胶原与聚乙烯醇按2:1的质量比共混后进行静电纺丝。纺丝条件为:正高压15kV,负高压-1kV,纺丝速度0.01mm/min,接收距离100mm,平移距离15mm。制备出胶原微纳纤维,取少量目标纤维,在其表面喷金,于扫描电镜下观察纤维形貌。

三、结构表征

    扫描电子显微镜广泛应用于对静电纺纤维表面形貌的观察。在实际的应用中能够有效地反映具有不同表面形貌的静电纺纤维,包括光滑表面、珠串结构、带状结构和粗糙表面等。

    扫描电子显微镜的试样制备可分为两种:对于导电性良好的试样,可以直接用于电镜观察且能够保持其原始形貌;对于不导电或导电性差的试样,则需要对试样表面进行喷金或喷碳处理后才能够用于电镜观察。在具体实验中,当要对试样进行高放大倍数和高分辨率观察时,需要喷金或碳厚度在10nm,而一般情况下厚度在10~30nm范围为宜。

    扫描电镜观察胶原纳米纤维形貌 (见Fig1),纤维直径分布窄。

Fig. 1 胶原-聚乙烯醇共混纳米纤维的SEM图

 

参考文献

[1]肖世维,但年华,马文杰,但卫华.材料导报B,2015,29(3):49-53

[2]Chen R,Huang C,Ke Q,He C,Wang H,Mo X.Colloids Surf B:Biointerfaces2010,79(2):315-325.

[3]Qerimi B,Baumann P,Husing J,Knaebel H-P,Schumacher H.Am J Surg,2013,205(6):636-641.

[4]Shanmuga Sundar S,Sangeetha D.J Mater Sci:Mater Med,2012,23(6):1421-1430.

[5]Chen DW,Hsu YH,Liao JY,Liu SJ,Chen JK,Ueng SWN.Int J Pharm,2012,430:335-41.