生物大分子纳米纤维的仿生矿化:实验原理

骨组织工程是应用工程学和生命科学原理,以支架材料为载体,结合具有成骨潜力的种子细胞和生长因子,通过体内或体外继续培养,构建有生命活力的仿生骨。骨组织工程支架是指能与组织活体细胞结合并能植入生物体的材料,它是构建组织工程的最基本构架,在组织工程学中支架材料也是研究的重点。现在所使用的骨组织工程支架主要包括人工合成高分子(如聚乳酸、聚乙醇酸、聚原酸酯、聚羟丁酯等)和天然高分子(如胶原蛋白、壳聚糖等)。

作为一种生物大分子新材料,玉米蛋白是从玉米粉或玉米渣中提取出来的,具有良好的生物相容性、可降解性和抗氧化活性的植物蛋白,在生物医学领域有着广泛的应用前景。不同直径的玉米蛋白微球用于培养人肝脏细胞(HL-7702)和鼠纤维原细胞(NH )均获得良好效果。盐析法制备的玉米蛋白多孔支架,鼠间叶干细胞在其表面黏附、增殖良好。

静电纺丝是近年来兴起的一种简单、高效的纳米亚微米纤维制备技术,在生物材料、过滤材料、传感器材料等方面都有着巨大的应用前景。静电纺丝的基本过程是在喷射装置和接收装置之间施加上千至万伏的高压静电,纺丝喷头处的聚合物溶液或熔体液滴在电场力作用下克服自身的表面张力而形成带电喷射细流,由于静电排斥作用,带电细流发生高速稳定弯曲或鞭动,随着液流拉伸和溶剂挥发,收集得到无规堆砌的纳米纤维膜。由静电纺丝法制成的玉米蛋白纳米纤维膜,比表面积大、孔隙率高,并且具有与细胞外基质类似的三维网络结构,适合于组织细胞的培养。

天然骨内以羟基磷灰石(Ca 10 (PO ) (OH) ,Hydroxyapatite,HAP)为主要无机成分的纳米级针状晶体均匀地分布在胶原蛋白基质中,与纤维原细胞一起构成了骨骼及其组织。与胶原蛋白类似,玉米蛋白基质在一定程度上能够诱导无机矿物的沉积。因此,以玉米蛋白表面羟基和羧基,与钙离子结合,诱导羟基磷灰石在玉米蛋白纤维表面矿化结晶,形成自组装纳米复合物,是一种极具潜力的骨组织工程支架材料。

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