DOI:10.1016/j.jmbbm.2020.104124
組織工程技術需要以生物材料為基礎的多孔支架，該材料必須盡可能模擬要替代的天然組織的形態和各向異性力學性能。在本研究中，通過模板輔助靜電紡絲法制備了各向異性纖維支架。通過使用形狀良好的3D微結構金屬收集器，在空間上成功地將電紡聚己內酯（PCL）纖維排列成蜂窩結構。纖維支架呈現2x4mm2寬的基本圖案，具有低和高纖維密度區域。通過SEM圖像分析了蜂窩狀圖案的不同區域，其中存在不同的纖維直徑和特定的纖維取向，這取決于感興趣的區域。拉伸試驗的同時，在圖案尺度下對局部變形進行光學觀察，以便測定和分析小變形和大變形時的軸向和橫向局部應變。蜂窩狀膜在兩個正交方向上顯示出明顯不同的力學性能，各向異性比為4.2。在15％應變下對支架進行應力松弛試驗。該測量結果表明，約20％的粘度對支架機械響應的貢獻很低。因此，研究者提出了用一種正交各向異性線性彈性模型來表征所制備的圖案化膜的各向異性行為。這種制備結構化多孔材料的新方法，適用于多種聚合物和結構，為軟再生醫學應用和定制支架的開發提供了新的見解。
圖1.靜電紡絲設置：a）微結構收集器上的纖維圖案化，b）沉積在微結構收集器上的纖維膜，c）微結構收集器的3D視圖，d）基本蜂窩網（收集器突起的俯視圖：距離分別為4mm、1.4mm、1mm、2mm）
圖2.a）從拉伸樣品D1和D2處提取的電紡交叉膜（l0=10mm，L0=70mm），b）纖維支架的蜂窩狀圖案
圖3.具有纖維取向的蜂窩狀支架的SEM圖像和平均纖維直徑測量值：①高纖維密度區（收集器突起），②和③纖維橋，④和⑤蜂窩圖案的中心
圖4.a）基本蜂窩區域①至⑤的平均纖維直徑（AFD），取決于突起之間的距離d，b）距離d1至d5的定義，區域①的d1為零
圖5.a）3D蜂窩狀支架的光學輪廓儀掃描，b）SEM圖像和c）膜截面的輪廓圖
圖6.蜂窩PCL支架的平均名義應力和標準偏差與整體真實應變的關系。在0、15、30和50％整體真實應變下D1和D2方向的拉伸試驗照片
圖7.蜂窩支架的名義應力與整體（虛線）或局部真實應變（實線）的函數關系。D1和D2支架在不同整體真實應變下的光學圖像。表面S=d0*d5以橙色繪制
圖8.單個蜂窩網格的局部變形（D1和D2方向），a）橫向應變與局部真實應變，b）表面的局部相對變化
圖9.a）D1和D2方向蜂窩支架的負載，b）應力松弛曲線：通過在t=45s時達到的最大值σmax對名義應力進行歸一化，黑色虛線表示擬合方程（3）
圖10.a）小變形時的名義應力和b）橫向應變，所計算的線性擬合的真實應變值介于0％至15％之間
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