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三维(3d)纤维支架因为其纤维网络可以有效地模拟ecm结构,调节细胞生物学行为,包括粘附、分化和基质沉积备受关注。静电纺丝作为一种用途最广泛的纤维制造技术,可用于制备可控制的纳米纤维,准确模拟ecm结构(如纤维胶原)。然而,电纺纤维通常形成具有小孔径和低厚度的二维(2d)膜,而很难构建三维支架。是一种很有前途的技术,可以精确控制单个三维形状和大孔(链间)的支架。

(a)传统纤维支架电纺纤维膜

(b)由分散电纺纤维经冷冻成型制成的三维纤维支架

(c) 3d打印纤维基支架的制备过程

多种电纺纤维支架的原理图

然而,目前基于3d打印的支架大多缺乏纤维表面结构,无法有效地模拟天然ecm结构。将静电纺丝技术与3d打印技术相结合,可以制备出具有个性化形状、可控大孔、纤维表面结构理想的三维支架。但是,需要解决以下三个问题:1)需要将电纺纤维膜转化为适用于短单纤维结构3d打印的油墨;2)需要实现短单纤维的高效粘接和纤维基油墨在3d打印过程中的均匀挤出;3)提高支架的力学性能,以维持原有结构。

为了解决以上问题,近日,上海交通大学医学院附属九院周广东教授和东华大学莫秀梅教授在期刊materials&design上共同发表一篇题目为“three-dimensional printed electrospun fiber-based scaffold for cartilage regeneration”的文章。研究者将静电纺丝、3d打印、冷冻干燥、交联等技术相结合,成功地将静电纺丝纤维制成了外观形状准确、大孔结构可控、力学性能良好的三维纤维支架。其制备过程如下,首先,通过电纺丝、脱水、均质化、蒸发干燥等步骤,将电纺丝纤维膜转化为短单纤维粉末;其次,将纤维粉、透明质酸(ha)溶液、聚氧乙烯氧化物(peo)溶液混合搅拌形成3d打印油墨;然后采用冻干交联的方法提高支架的力学性能,保持原有结构。接着,对支架的力学性能、纤维形态和孔隙结构进行了表征,并利用体外和体内的软骨再生模型进一步评价了组织再生的可行性。因此,本研究为多种仿生支架的设计和制备提供了一个研究模型。

静电纺纤维、分散纤维和3d打印支架

三维纤维支架制备及内部结构

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