Mater. Today Commun.：PAN/nCB/HA納米纖維復合支架的制備及其骨再生應用

DOI: 10.1016/j.mtcomm.2021.102259

由于羥基磷灰石（HA）與天然骨骼的化學相似性，將合成HA作為骨骼替代品和置換物在生物醫學應用中已成為一種普遍采用的研究方法。由生物活性HA組成的納米纖維復合材料是一種公認的有希望的骨再生材料。然而，在靜電紡絲過程中，納米纖維聚合物基體上的HA團聚對材料的力學性能提出了嚴峻的挑戰。在這項研究中，通過靜電紡絲PAN、nCB和HA的混合物制備了復合納米纖維支架，以觀察nCB對膜性能的影響。通過SEM-EDX、TEM、FTIR、XRD、TGA、水接觸角、溶脹度和拉伸強度測試對所有制備的樣品進行表征。通過SEM-EDX、FTIR、XRD和XPS對礦化樣品進行了表征。摻入nCB減少了納米纖維的平均直徑，而PAN/nCB支架的表面形態沒有任何顯著變化。EDX光譜表明，隨著HA負載量的增加，HA組分也逐漸增加。TEM顯微照片顯示nCB分散在納米纖維結構上。與PAN/HA支架相比，PAN/nCB/HA的力學性能得到了顯著改善。盡管PAN/nCB/HA中HA含量的增加導致抗張強度和楊氏模量降低，但其值仍大于未添加nCB的對應值。PAN/nCB/HA復合支架在SBF中孵育后顯示出優異的HA礦化度（Ca/P=1.68）和簇狀突起（典型的HA形態）。MC3T3-E1成骨細胞在本研究所制備的膜上顯示出優異的增殖和粘附性。結果表明，nCB可以增強HA基聚合物納米纖維，并且這種生物相容性復合材料具有作為骨和其他硬組織修復材料的強大潛力。

圖1.PAN（a，a*），PAN/nCB（b，b*），PAN/nCB/HA5（c，c*），PAN/nCB/HA10（d，d*），PAN/nCB/HA15（e，e*），PAN/HA5（f，f*），PAN/HA10（g，g*）和PAN/HA15（h，h*）的SEM圖像和納米纖維直徑分布直方圖。

圖2.PAN/nCB/HA15（e1和e2）和PAN/HA15（e3）的TEM顯微照片。

圖3.PAN（a），PAN/nCB（b），PAN/nCB/HA5（c），PAN/nCB/HA10（d），PAN/nCB/HA15（e），PAN/HA5（f），PAN/HA10（g）和PAN/HA15（h）的EDX光譜。

圖4.PAN和PAN復合納米纖維的FTIR寬光譜（a，b）和HA區域的窄光譜（a*，b*）。

圖5.PAN和PAN復合納米纖維膜的XRD光譜。

圖6.PAN和PAN復合納米纖維的表面潤濕行為（*p值=0.000，R2=90.14％，n=5；**p值=0.000，R2=99.49％，n=5）。

圖7.PAN和PAN復合納米纖維的溶脹性能（a）（*p值=0.001，R2=96.24％，n=3；**p值=0.000，R2=99.53％，n=3）；pH對PAN、PAN/nCB和PAN/nCB/HA納米纖維（b）以及PAN/HA納米纖維（c）溶脹率的影響。

圖8.PAN（a），PAN/nCB（b），PAN/nCB/HA5（c），PAN/nCB/HA10（d），PAN/nCB/HA15（e），PAN/HA5（f），PAN/HA10（g）和PAN/HA15（h）在pH7的PBS中溶脹后的SEM顯微照片。

圖9.PAN和PAN復合納米纖維的熱性能。

圖10.PAN和PAN復合納米纖維的力學性能。

圖11.在SBF中孵育不同時間間隔的PAN/nCB/HA10的SEM顯微照片。

圖12.低倍放大SEM照片顯示HA晶體覆蓋的膜表面（a），高倍放大SEM顯微照片顯示簇狀突起（b）。

圖13.礦化PAN/nCB/HA10在SBF中孵育15天的FTIR光譜。

圖14.PAN/nCB/HA10在SBF中孵育15天的XRD譜圖。

圖15.PAN/nCB/HA10在SBF中孵育15天的XPS窄光譜。

圖16.使用WST-1比色測定法分析第1天和第3天復合納米纖維膜的MC3T3-E1細胞活性（％）（*p值=0.071，R2=95.16％，n=3；**p值=0.021，R2=99.31％，n=3）。

圖17.培養3天后，MC3T3-E1細胞粘附在PAN納米纖維（a），PAN/nCB（b），PAN/nCB/HA5（c），PAN/nCB/HA10（d），PAN/nCB/HA15（e）和PAN/HA10（f）上的SEM圖像。