DOI:10.1016/j.matdes.2020.108915
生物材料的表面電勢是在組織再生中調節細胞反應、驅動其粘附并發出信號的關鍵因素。在這項研究中，比較了光滑和多孔的電紡聚己內酯（PCL）纖維以及PCL膜的表面和Zeta電位，以評估它們在骨再生中的重要性。在靜電紡絲過程中，通過施加正負電壓極性可以控制纖維的表面電勢。使用X射線光電子能譜（XPS）和開爾文探針力顯微鏡（KPFM）測定了不同PCL纖維和薄膜的表面性能，并使用電動技術測量了Zeta電位。利用先進的顯微鏡檢驗了表面電勢對骨細胞形態的影響，包括基于聚焦離子束掃描電子顯微鏡（FIB-SEM）的3D重建。分別使用熒光顯微鏡和天狼星紅試驗研究了初始細胞粘附和膠原形成，同時通過能量色散X射線（EDX）和茜素紅染色證實了鈣礦化。上述研究表明，細胞粘附是由PCL纖維的表面電勢和形態共同驅動的。此外，調節電紡PCL支架表面電位的能力為增強細胞與材料的相互作用和細胞活性提供了有效途徑，從而導致可控的形態變化。
圖1.A&B）光滑、C&D）多孔PCL（+）和PCL（-）、E）PCL膜的SEM顯微照片和F）PCL纖維直徑分布的直方圖。
圖2.KPFM結果顯示了平滑PCL（+）和PCL（-）、多孔PCL（+）和PCL（-）纖維和PCL膜的A-E）表面電勢和F-J）圖。K）用KPFM測量的表面電位圖，L）在KCL溶液中ζ與pH的函數關系，M）在pH7.4的SBF溶液中ζ與時間的函數關系，以及N）ARXPS表面化學性質顯示出O=C/O-C強度比與測得的Zeta電位接近于線性關系。
圖3.細胞在光滑、多孔PCL纖維上生長的SEM顯微照片：A-E）培養1、F-J）3和K-O）7天后（紅色箭頭表示膠原纖維）。P）捕獲的1、2和4 h后粘附細胞的百分比圖，并且Q）天狼星紅吸光度表明細胞在平滑PCL（+）、PCL（-）、多孔PCL（+）和PCL（-）以及PCL膜上培養1、3和7天后的膠原形成情況。采用單因素方差分析和事后Tukey檢驗，計算統計學顯著性。顯著性水平為p<0.05。在圖3Q中，所有測試組之間的差異顯著。
圖4.培養3天后，細胞與支架相互作用的FIB-SEM斷層成像的3D重建：A）附著在光滑的PCL（-）支架上的細胞在纖維間生長，放大與纖維重疊的長絲狀偽足。B）細胞在纖維頂部生長，同時放大細胞內在化多孔PCL（-）支架表面上的孔。對于光滑和多孔PCL（-）支架，3D重建體素的尺寸分別為10×10×30 nm和5×5×15 nm。細胞為紅色，纖維為藍色。
圖5.細胞在光滑PCL（+）、光滑PCL（-）、多孔PCL（+）和多孔PCL（-）纖維表面培養A-E）1天、F-J）3天和K-O）7天后，通過天狼星紅分析（以紅色表示）染色膠原蛋白的光學顯微鏡圖像。
