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《先進功能材料》發表我校在無機納米纖維彈性組織 工程支架領域最新研究成果

發布時間:2019-06-13


近日,我校紡織科技創新中心俞建勇院士及丁彬研究員帶領的納米纖維研究團隊在無機納米纖維彈性組織工程支架研究領域取得重要進展,相關成果以“促骨再生的自適應、梯度可調柔性無機納米纖維3D超彈支架(3D Superelastic Scaffolds Constructed from Flexible Inorganic Nanofibers with Self-fitting Capability and Tailorable Gradient for Bone Regeneration, 2019, 1901407)為題,發表于國際著名期刊《先進功能材料》(Advanced Functional Materials,該論文第一作者為東華大學紡織學院博士生王利環,共同通訊作者為丁彬研究員和李曉然研究員。

對于形狀不規則骨缺損,或與軟骨、肌腱、韌帶等軟組織交界區的骨缺損治療是臨床醫學上的一大挑戰。常規用于骨修復的自體骨或無機材料硬而脆,難以匹配并貼合不規則骨缺損區域,影響骨修復效果。彈性支架材料可壓縮變小植入體內,大大減少創面,植入后形狀恢復與骨斷面貼合,因此在骨修復領域具有獨特優勢。骨細胞外基質的無機成分和納米纖維結構是促進骨生成的關鍵因素,因此以無機納米纖維為主體且具有形狀恢復性能的三維支架將會成為極具潛力的骨組織工程支架材料。然而眾所周知,無機材料普遍硬而脆,極少數能夠加工成纖維,更難構建三維纖維彈性支架。

(柔性SiO?納米纖維及SiO? NF-CS三維纖維支架

俞建勇院士和丁彬研究員研究團隊設計制備了一種以柔性無機納米纖維為主體,且在體液中可形狀恢復的三維纖維彈性支架。研究團隊通過溶膠-凝膠靜電紡絲法制備出了像絲綢一樣柔韌的SiO?納米纖維膜,纖維膜可以像折紙一樣折疊展開而不破損,納米纖維可以彎曲180°而不斷裂。團隊進一步將柔性SiO?納米纖維復合殼聚糖溶液經過均質分散-冷凍干燥制備出具有超彈性的SiO?納米纖維-殼聚糖(SiO? NF-CS)三維支架。該支架在水環境中80%應變循環壓縮下可完全恢復到初始高度和多孔結構,具有快速恢復率(>500 mm min-1),且壓縮循環10000次仍結構完好。良好的回彈性使SiO? NF-CS纖維支架可在壓縮狀態下植入不同形狀的兔下頜骨缺損區域,吸收體液后快速恢復到初始形狀,并緊密貼合骨缺損區。同時SiO? NF-CS支架可提高大鼠顱骨損傷修復效果。研究人員進一步通過控制不同區域SiO?納米纖維與殼聚糖的比例,構建了從有機到無機、從柔軟到堅硬的梯度纖維支架,在軟組織與骨界面處的骨缺損修復中展現出巨大的應用潛力。

(彈性SiO? NF-CS纖維支架促進骨再生

該工作將柔性無機納米纖維引入到骨組織工程支架彈性材料的開發設計中,實現微創植入,減少手術創面;同時促進骨再生,加快骨愈合進程,從而減少骨損傷患者的痛苦,為新型骨修復材料的研究和設計提供了指導和借鑒意義。該研究工作得到了國家自然科學基金、上海市自然科學基金、國家科技重大專項等項目的大力資助。

論文全文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.201901407


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