DOI: 10.1021/acsabm.0c00692

本文报道了模拟骨组织矿化胶原纤维的羟基磷灰石（HAp）/海藻酸钠纳米复合纤维支架的结构、力学性能以及体外细胞反应。采用静电纺丝和原位合成策略制备了仿生“工程化”纳米复合材料，并与纯海藻酸钠纳米纤维和微米级HAp/海藻酸钠复合纤维进行了比较。与海藻酸钠相比，纳米复合材料的拉伸强度和弹性模量分别增加了79.3％和158.4％。海藻酸钠纳米纤维上的均匀成核和HAp纳米晶的生长通过应力转移效应提高了其力学性能。与原始海藻酸钠相比，大鼠颅盖成骨细胞稳定地附着在纳米复合材料表面上，并呈现出更广泛的延伸。HAp纳米相的可控沉积使纳米复合材料上的细胞增殖速率比其他复合材料快得多。改善的结构稳定性和成骨细胞相互作用表明纳米纤维复合材料支架在骨组织再生方面具有潜在的优势。

图1.（a）静电纺丝单元的图示，（b）含磷酸根（PO43-）离子的海藻酸钠电纺纳米纤维的SEM显微照片，（c，d）通过提供钙（Ca2+）和氢氧根离子（OH-）原位合成海藻酸钙和HAp纳米相，（e）海藻酸钙“蛋盒”模型的化学结构以及HAp成核的前体离子（顶部）和含HAp纳米相的矿化“蛋盒”结构（底部）。

图2.（a）Ref-海藻酸钠，（b）H-海藻酸钠-2和（c）Mech-H-海藻酸钠-2支架的SEM显微照片，（d）Ref-海藻酸钠和H-海藻酸钠-2支架的XRD图，（e）Ref-海藻酸钠和H-海藻酸钠-2支架的FT-IR光谱以及（f）Ref-海藻酸钠、H-海藻酸钠-2、H-海藻酸钠-3和Mech-H-海藻酸钠-2支架的TGA图谱。（b）在放大的显微照片中显示了海藻酸钠纳米纤维上仿生原位合成的HAp纳米晶体涂层。

图3.（a）Ref-海藻酸钠，（b）H-海藻酸钠-1，（c）H-海藻酸钠-2，（d）Mech-H-海藻酸钠-2支架的拉伸应力-应变曲线。（e）每种支架的代表性拉伸应力-应变曲线。如箭头所示，放大了（e）中早期的应力-应变曲线。

图4.RCO细胞在（a）Ref-海藻酸钠上培养3天，（b）在H-海藻酸钠-2上培养3天和（c）在H-海藻酸钠-2上培养7天的SEM显微照片。（c）中的插图显微照片显示在细胞接种后第7天，成骨细胞与表面的独特附着、扩散和丝状伪足连接。

图5.（a）在Ref-海藻酸钠上培养1天，在Ref-海藻酸钠上培养7天，在H-海藻酸钠-2上培养1天，在H-海藻酸钠-2上培养7天的RCO细胞的免疫荧光图像，（b）在海藻酸钠膜、Ref-海藻酸钠、H-海藻酸钠-1、H-海藻酸钠-2、Mech-H-海藻酸钠-2上培养7天的RCO细胞的MTS分析和（c）细胞计数测定。肌动蛋白丝用鬼笔环肽标记为红色（左），核用DAPI标记为蓝色（中），并且两个荧光图像合并（右）。每种支架取3份样本，并使用单向方差分析（p<0.05）每天对样品进行统计分析。在Zeiss Axioplan 2显微镜上观察DAPI染色的细胞，并使用ImageJ软件对每种支架的六个图像进行计数。