生物医用静电纺温敏纳米纤錐 近些年研究较多的温敏性聚合物单体和其他共聚或共混类功能单体。 Table 1 Monomer and copolymers for preparing thermo-responsive nanofibers Component 1 Component 2 Applications Description a-methacrylic acid) drug release 6-0-vinylsuccinyl-a-D-glucosel221 6-0-vinyInonanedioyl-C-D-glucosel221 cell culture w toxIc acrylonitrile [321 protein adsorption styrene and maleic anhydridell7 surface modification N-hydroxymethyacrylamide (81 sensor, NO response multifunctional N-isopropylacrylamide N-hydroxysuccinimide ester cell culture protein release thermo-responsive caprolactone 331 protein loading stearyl acrylate l21 sensor 2.化学改性和物理共混法制备温敏纳米纤维 静电纺丝是制备纳米纤维支架材料的普遍方法,可制备出直径在几十到几千 纳米的高分子纤维。由于单一高分子纳米纤维的功能比较单一,无法满足生物支 架材料在生物相容性、可降解性和多功能性等方面的要求,因而通过接枝或共聚 等化学方法改性以及物理共混法制备复合性温敏纳米纤维成为目前研究的热点 2.1化学改性法 Oh等叫以NN二甲基甲酰胺(DMF为溶剂,配制浓度为3w%的聚苯乙烯 (PS)纺丝液,通过静电纺丝制备PS纳米纤维垫,然后在PS纳米纤维上接枝 PNIPAm分子链,制得温敏纳米纤维支架。图1为接枝和未接枝的PS纤维和培 养板表面的原子力显微镜测试图,接枝处理后纤维表面的粗糙度提高, PNIPAm 接枝的PS纳米纤维垫能为细胞提供类细胞外基质的生长环境,人的成纤细胞接 种到纤维表面后在3γ°C下孵化培养,细胞可以在其表面粘附并增殖扩散,置于 20C时5h后细胞变圆并自动从表面脱附(如图2),这种化学改性的纤维支架虽
8 近些年研究较多的温敏性聚合物单体和其他共聚或共混类功能单体。 Table 1 Monomer and copolymers for preparing thermo-responsive nanofibers Component 1 Component 2 Applications Description N-vinylcaprolactam α-methacrylic acid [21] drug release biocompatible 6-O-vinylsuccinyl-α-D-glucose [22] drug loading controllable 6-O-vinylnonanedioyl-α-D-glucose [22] cell culture low toxicity N-isopropylacrylamide acrylonitrile [32] protein adsorption good strength styrene and maleic anhydride [17] surface modification intelligent N-hydroxymethyacrylamide [18] sensor, NO response multifunctional N-hydroxysuccinimide ester [19] cell culture biocompatible glycol [33] protein release thermo-responsive caprolactone [33] protein loading biocompatible stearyl acrylate [23] sensor tunable 2. 化学改性和物理共混法制备温敏纳米纤维 静电纺丝是制备纳米纤维支架材料的普遍方法，可制备出直径在几十到几千 纳米的高分子纤维。由于单一高分子纳米纤维的功能比较单一，无法满足生物支 架材料在生物相容性、可降解性和多功能性等方面的要求，因而通过接枝或共聚 等化学方法改性以及物理共混法制备复合性温敏纳米纤维成为目前研究的热点 [16-29]。 2.1 化学改性法 Oh 等[16]以 N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂，配制浓度为 3wt%的聚苯乙烯 (PS)纺丝液，通过静电纺丝制备 PS 纳米纤维垫，然后在 PS 纳米纤维上接枝 PNIPAm 分子链，制得温敏纳米纤维支架。图 1 为接枝和未接枝的 PS 纤维和培 养板表面的原子力显微镜测试图，接枝处理后纤维表面的粗糙度提高，PNIPAm 接枝的 PS 纳米纤维垫能为细胞提供类细胞外基质的生长环境，人的成纤细胞接 种到纤维表面后在 37 oC 下孵化培养，细胞可以在其表面粘附并增殖扩散，置于 20 oC 时 5 h 后细胞变圆并自动从表面脱附(如图 2)，这种化学改性的纤维支架虽 生物医用静电纺温敏纳米纤维
生物医用静电纺温敏纳米纤维 然可以实现细胞在不受损伤的情况下自然脱附,但脱附所需时间太长。欧阳秀等 1以苯乙烯、马来酸酐和 NIPAm为单体,采用可逆加成断裂链转移(RAFT)合成 了一系列不同嵌段比的嵌段共聚物聚(苯乙烯/马来酸酐) PNIPAm(P( St-alt-Man b- PNIPAn),并用静电纺丝技术制备了嵌段共聚物纳米纤维,再分别用无水乙二 胺对其表面进行交联固定。由实验证明制备的纳米纤维具有一定的温敏性,且电 纺纳米纤维交联后的亲水性比未交联的纤维更强。2014年,Chen等1利用自由 基聚合制备P(NPAm- CO-NMA)共聚物,在共聚物中混入对NO响应的1,2-二氨 基蒽醌(①DAO),然后通过静电纺丝把共混溶液制备成纳米纤维膜,研究发现纤维 膜在25°C-50C不同温度的水中体积具有明显的变化,同时可通过膜的颜色变化 检测水中的NO的浓度,从而为进一步将其作为环境传感器提供了借鉴意义。由 于静电纺丝膜具有高的比表面积,因此该电纺膜比刮涂膜有更高的环境敏感性和 响应速率。2015年,赵晓梅等用 NIPAm和N羟基琥珀酰亚胺丙烯酸酯(NHS) 通过自由基聚合反应合成了poly( NIPAm-co-NHS)共聚物,然后再和Gel以一定 比例混合交联生成 PNIPAm-Gel,采用高压静电纺丝制备了温敏纳米纤维,并把 这种纤维支架材料用于细胞分选和取向细胞片层工程。大鼠成纤维细胞 ( fibroblast细胞株)和 Phoenⅸx细胞株共培养实验表明通过降温、吹打的方法, Phoenⅸx细胞首先从支架上脱附,通过这种技术可实现共培养细胞的分离纯化。 Rossouw等通过溶液自由基聚合(SFRP)的方式分别在聚丙烯(PP)、聚对苯二酸 乙二酯(PET)和聚酰胺(PA6)无纺纤维材料表面接枝 PNIPAm分子链,构建了具有 温敏性的3D细胞支架材料,并用作HC04和HepG肝细胞的增殖培养和热敏感 释放,此支架材料可以在无酶促反应和支架降解作用下实现细胞的物理性脱附, 从而减少对种子细胞的伤害。柏少卿等2将NVCL与a-甲基丙烯酸单体(MAA) 进行自由基共聚反应,合成了具有不同分子量的温敏性Poly(NVCL-co-MAA) 分别以疏水的酮洛芬和亲水的卡托普利作为药物模型,通过静电纺丝制备载药纳 米纤维,在不同温度下进行体外药物释放实验,在20°C时纤维呈亲水性,药物 可被快速释放,在40C时纤维呈疏水性,药物表现为缓慢释放。石萌等制备 了可聚合的药物乙烯酯和含糖乙烯酯共聚单体,以偶氮二异丁腈(AIBN)为引发 剂,采用自由基聚合方法制备出含有NVCL的两种共聚物Poly(OⅤSG<co-NVCL) 和Poy(OVNG-co-NVCL),再将共聚物和阿魏酸糖酯溶于无水乙醇中,利用静电
9 然可以实现细胞在不受损伤的情况下自然脱附，但脱附所需时间太长。欧阳秀等 [17]以苯乙烯、马来酸酐和 NIPAm 为单体，采用可逆加成断裂链转移(RAFT)合成 了一系列不同嵌段比的嵌段共聚物聚(苯乙烯/马来酸酐)/PNIPAm (P(St-alt-Man)- b-PNIPAm)，并用静电纺丝技术制备了嵌段共聚物纳米纤维，再分别用无水乙二 胺对其表面进行交联固定。由实验证明制备的纳米纤维具有一定的温敏性，且电 纺纳米纤维交联后的亲水性比未交联的纤维更强。2014 年，Chen 等[18]利用自由 基聚合制备 P(NIPAm-co-NMA)共聚物，在共聚物中混入对 NO 响应的 1,2-二氨 基蒽醌(DAO)，然后通过静电纺丝把共混溶液制备成纳米纤维膜，研究发现纤维 膜在 25 oC-50 oC 不同温度的水中体积具有明显的变化，同时可通过膜的颜色变化 检测水中的 NO 的浓度，从而为进一步将其作为环境传感器提供了借鉴意义。由 于静电纺丝膜具有高的比表面积，因此该电纺膜比刮涂膜有更高的环境敏感性和 响应速率。2015 年，赵晓梅等[19]用 NIPAm 和 N-羟基琥珀酰亚胺丙烯酸酯(NHS) 通过自由基聚合反应合成了 poly(NIPAm-co-NHS)共聚物，然后再和 Gel 以一定 比例混合交联生成 PNIPAm-Gel，采用高压静电纺丝制备了温敏纳米纤维，并把 这种纤维支架材料用于细胞分选和取向细胞片层工程。大鼠成纤维细胞 (fibroblast 细胞株)和 Phoenix 细胞株共培养实验表明通过降温、吹打的方法， Phoenix 细胞首先从支架上脱附，通过这种技术可实现共培养细胞的分离纯化。 Rossouw 等[20]通过溶液自由基聚合(SFRP)的方式分别在聚丙烯(PP)、聚对苯二酸 乙二酯(PET)和聚酰胺(PA6)无纺纤维材料表面接枝 PNIPAm 分子链，构建了具有 温敏性的 3D 细胞支架材料，并用作 HC04 和 HepG2 肝细胞的增殖培养和热敏感 释放，此支架材料可以在无酶促反应和支架降解作用下实现细胞的物理性脱附， 从而减少对种子细胞的伤害。柏少卿等[21]将 NVCL 与α-甲基丙烯酸单体(MAA) 进行自由基共聚反应，合成了具有不同分子量的温敏性 Poly(NVCL-co-MAA)， 分别以疏水的酮洛芬和亲水的卡托普利作为药物模型，通过静电纺丝制备载药纳 米纤维，在不同温度下进行体外药物释放实验，在 20 oC 时纤维呈亲水性，药物 可被快速释放，在 40 oC 时纤维呈疏水性，药物表现为缓慢释放。石萌等[22]制备 了可聚合的药物乙烯酯和含糖乙烯酯共聚单体，以偶氮二异丁腈(AIBN)为引发 剂，采用自由基聚合方法制备出含有 NVCL 的两种共聚物 Poly(OVSG-co-NVCL) 和 Poly(OVNG-co-NVCL)，再将共聚物和阿魏酸糖酯溶于无水乙醇中，利用静电 生物医用静电纺温敏纳米纤维