DOI:10.1088/1748-605X/ab7b3c

发育、内稳态和再生组织充满了各种梯度，包括机械、化学、孔隙率和生长因子梯度。然而，使用常见的组织工程方法复制这些梯度仍然具有挑战性。在此，研究者使用静电纺丝技术来创建具有深入梯度的支架。通过聚合物浓度的连续梯度，在整个电纺（ESP）支架的深度中创建了纤维直径梯度和孔径梯度。作为此既定方法的替代方法，研究者开发了一种可以通过改变针头和收集器上的电压来创建纤维直径梯度的新方法，同时保持总电压恒定。这样，可以通过聚焦静电纺丝点在梯度物质中改变纤维直径。使用这种方法，研究者创建了纤维直径和孔径梯度，同时保持所有其他参数不变。该研究开发了一种创建官能团梯度的新方法，可潜在地用于各种聚合物溶液中，以将肽和蛋白质偶联到ESP支架上。通过向聚合物溶液中添加官能化的聚乙二醇添加剂，制备了具有深度官能团梯度的支架，这是一种具有广泛应用前景的新方法。本文所展示的技术可用于多种聚合物和应用，并且有助于开发生理相关的梯度支架。

图1.ESP支架的深入梯度。（a）静电纺丝装置的示意图。两个注射器，一个装有300PEOT55PBT45聚合物溶液和绿色染料，另一个则装有300PEOT55PBT45和红色染料。每个注射器的溶液流入单个管中。每个注射器的流量随时间变化，一个增加，另一个减少，使总流量保持在3 ml h-1。（b）含高-低梯度绿色染料（左）和低-高梯度红色染料（中）的支架横截面的代表性图像。右侧图显示绿色和红色通道的合并。比例尺250µm。

图2.深入纤维直径梯度。（a）纤维直径梯度的横截面概况，该梯度通过使用两个注射器装置随时间改变聚合物浓度制备而成。比例尺80µm。（b）纤维直径梯度支架的底部和顶部的俯视图（左图）和横截面（右图）。比例尺15µm。（c）–（d）纤维直径梯度支架顶部和底部的纤维直径（n=10-20）（c）和孔面积（n=15）（d）的定量。（c）学生的t检验，（d）曼惠特尼检验，****p<0.0001。

图3.通过电压调制的纤维直径梯度。在具有不同电压的针头和收集器的静电纺支架中，静电纺丝点大小（n=3）（a）、纤维直径（n=20）（b）和孔面积（n=20-25）（c）的定量。双尾学生t检验（a）和曼惠特尼检验（b）–（c），*p<0.05，****p<0.0001。（d）所制备的ESP支架示例。比例尺50µm。（e）ESP支架的截面图，其纤维直径梯度是通过随时间改变针头和收集器的电压而产生的。比例尺25µm。（f）该图描述了随着时间的推移，针和收集器电压的增加。（g）电压梯度支架的顶部（左侧图）、中间（中间图）和底部（右侧图）的详细截面图。比例尺5µm。

图4.深入功能组梯度。（a）用荧光叠氮化物染料染色的不同浓度的PEG-炔烃添加剂制成的ESP支架的荧光图像。比例尺250µm。（b）用荧光叠氮化物染料染色的具有PEG-炔烃梯度的ESP支架的截面图。比例尺250µm。