组织工程是研究开发用于修复人体组织或受损器官的一门新兴学科。理想的组织工程支架应具有适当的力学性能、良好的生物相容性以及生物可降解性，以便为细胞粘附和增殖提供物理支撑和空间，促进细胞构建特定的功能组织或器官，并可在体内被降解吸收[1]。左旋聚乳酸(PLLA)是一种有着良好力学性能的医用级生物可降解性材料，已在血管组织工程、骨组织工程等生物医学领域得到了广泛的应用[2]。和传统薄膜结构的PLLA相比，三维多孔结构的PLLA纤维膜，由于可以模拟细胞外基质的结构和功能，非常有利于营养物质的传递，因此近年来得到越来越广泛的重视和关注。

然而，PLLA纤维膜由于较低的表面能和化学惰性，致使其表现出疏水性和较差的细胞亲和力[3-4]，因此，通过改善PLLA膜的表面特性来增强其与生物环境的相互作用就显得尤为重要。常见的表面改性方法有湿化学处理、紫外线照射、臭氧处理和低温等离子体处理[5]。与其他方法相比，低温等离子体处理是一种环境友好型方法，改性层很薄，不会影响材料的固有性质，且改性不受材料尺寸和形貌的影响[6]。然而，常用的低气压等离子体处理需要复杂昂贵的真空系统， 并且处理对象的尺寸受到真空室尺寸的限制[7]。近些年来，新发展起来的大气压低温等离子体射流(APPJ)，因其中含有高浓度的活性粒子，可在常压和开放环境中工作，并且结构简单、成本低、操作灵活，因而在材料表面改性和生物医学等领域得到越来越多的关注[8]。目前，利用APPJ对多孔纤维结构的PLLA进行表面改性的研究还少有报道，因此有必要深入研究并发展一种低成本、简单快捷的PLLA纤维膜表面改性方法，以提高其亲水性和生物相容性。

本文通过静电纺丝技术制备了PLLA纤维膜，然后利用APPJ对PLLA纤维膜进行表面改性。试验结果表明，APPJ中含有高浓度的活性官能团，经其处理后的PLLA纤维膜亲水性大大提高。小鼠成肌细胞的培养试验表明，在经过APPJ改性过的PLLA纤维膜表面，细胞的增殖性能和生长形貌要明显优于未处理的纤维膜，纤维膜的生物相容性和细胞亲和力大大提高。本文的研究成果在组织工程和生物医学工程中具有重要的应用前景。

1 试验方法

1.1 PLLA纤维膜的制备

静电纺丝装置示意图如图1所示。为了制备PLLA纤维膜，称取0.5 g左旋聚乳酸粒(PLLA)置于玻璃瓶中，然后加入4 mL二氯甲烷(DCM)和1 mL二甲基甲酰胺(DMF)制备成浓度为10%的左旋聚乳酸溶液，将混合好的溶液磁力搅拌4 h使其完全溶解。采用静电纺丝方法将PLLA溶液从注射器喷出，并在旋转滚筒上收集得到纤维膜，操作参数为：纺丝距离2 cm，施加正电压5 kV，负电压-2 kV，滚筒的转速是3 000 r/min，纺丝时间3 h。最后，将制备好的纤维膜放入干燥箱中，干燥至恒重，备用。

图1静电纺丝装置示意图

1.2 大气压等离子体射流表面改性

APPJ装置示意图如图2所示。APPJ装置由玻璃管、聚四氟乙烯(PTFE)绝缘管、针状高压电极和环状接地电极组成。玻璃管长度为90 mm，内外径分别是3和5 mm。高压电极是直径为2 mm、长度为80 mm的铜棒，固定在玻璃管内。接地电极安装在距离玻璃管边缘30 mm处。该针环电极结构放电强烈，可产生大量等离子体活性粒子。

图2大气压等离子体射流装置示意图

1.3 C2C12细胞培养

将小鼠成肌细胞C2C12培养在含有10%胎牛血清、1%青霉素-链霉素和89%的DMEM溶液(总称培养液)中，并将其放在CO2浓度为5%、温度为37 ℃的培养箱中生长[9]。

1.4 C2C12细胞生长形貌的研究

将C2C12细胞以密度为5×106/mL接种在PLLA纤维膜上，在培养1天后，使用磷酸盐缓冲液溶液(PBS)洗涤2次，并通过4%多聚甲醛溶液固定细胞。接下来，使用20%、30%、50%、70%、90%和100%梯度乙醇脱水2次，每次15 min，最后采用CO2临界干燥法干燥后，在扫描电子显微镜(SEM)下观察细胞形态[10]。

1.5 数据统计

所有试验数据以平均值±方差的形式呈现。

2 结果分析

2.1 PLLA纤维膜的形貌表征

静电纺丝是通过施加静电力来控制纤维生产的纤维形成过程。在扫描电子显微镜下，纤维膜表面呈现出连续且无珠的纤维结构(见图3)。通过调节纺丝时间为3 h，将纤维膜的厚度控制在(100±12) μm。图4显示了PLLA纤维膜的纤维直径分布情况，通过Origin(Origin Lab，USA)分析PLLA支架纤维的平均直径为(1 184±182) nm。

文章来源：《生物医学工程学杂志》 网址: http://www.swyxgcxzzzz.cn/qikandaodu/2020/1210/399.html