DOI：10.1016/j.jcis.2020.01.016
殼聚糖水凝膠較差的固有機械性能極大地阻礙了其實際應用。受自然界的啟發，本文提出了一種通過在無毒化學交聯的水凝膠中構建納米纖維和細胞結構來增強殼聚糖水凝膠的機械性能的策略。為此，通過均勻分散和冷凍干燥的方法，將包括乙酸纖維素、聚丙烯腈和SiO2納米纖維的電紡納米纖維引入殼聚糖水凝膠中。通過添加30%的醋酸纖維素納米纖維，即使在水中無需交聯也可以保持細胞結構，而60%的納米纖維的整合可以確保低固含量1%的殼聚糖水凝膠的獨立結構。此外，SiO2納米纖維增強殼聚糖（SiO2 NF/CS）三維（3D）基質在80%的壓縮應變中顯示出完全的形狀恢復性，并具有出色的可注射性。SiO2 NF/CS基質中的細胞結構和納米纖維結構有利于人間充質干細胞的粘附和拉伸。此外，SiO2 NF/CS基質還可以充當強大的藥物輸送工具。例如，可以將骨形態發生蛋白2固定在SiO2 NF/CS基質上以誘導成骨分化。電紡納米纖維增強的三維殼聚糖基質具有改善的機械性能和增強的生物功能，在組織工程中擁有巨大的潛力。
圖1.（a）產生納米纖維/殼聚糖（NF/CS）基質的程序示意圖。（b）不同醋酸纖維素納米纖維/殼聚糖（CA NF/CS）重量比為0/10、3/7、6/4和9/1的醋酸纖維素納米纖維/殼聚糖基質的照片和SEM圖像。
圖2.（a）隨著CA NF/CS重量比的增加，CA NF/CS基質的壓縮曲線（5個循環）和（b）最大壓縮應力以及塑性變形。（c）每個壓縮循環后CA NF/CS基質的強度保持率。（d）不同CA NF/CS重量比的CA NF/CS基質在水中的光學顯微鏡圖像。
圖3.（a）NF/CS重量比為6/4的PAN NF/CS、CA NF/CS和SiO2 NF/CS基質的SEM圖像、（b）通道寬度分布和（c）循環壓縮曲線。
圖4.從（a）宏觀和（b）微觀兩個層面研究了SiO2 NF/CS基質的形狀恢復過程。（c）SiO2 NF/CS基質的可注射性。（d）SiO2 NF/CS基質在PBS中浸泡6和48h后的機械穩定性。
圖5.（a）具有四個層次結構的SiO2 NF/CS基質結構示意圖。（b）蜂窩狀孔和（c）納米纖維孔壁的掃描電鏡圖像。（d）殼聚糖包裹二氧化硅納米纖維的透射電鏡圖像。（e）SiO2納米纖維和SiO2 NF/CS基質的FTIR光譜。在5×SBF中礦化24小時的SiO2 NF/CS基質的（f-h）SEM圖像和（i）EDS。
圖6.（a）在SiO2 NF/CS基質上培養的人間充質干細胞的活/死染色。（b）在SiO2 NF/CS基質上培養的人間充質干細胞的F-肌動蛋白染色和（c）SEM圖像。（d）SiO2 NF/CS流延膜形貌和楊氏模量映射的AFM圖。
圖7.培養21天后，在BMP2固定的SiO2 NFs/CS基質上培養的人間充質干細胞的OC4-30、膠原蛋白II和FABP4免疫染色。
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