王建政,朱玉霞

（1.車(chē)用生物燃料技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室工程材料研究室,河南南陽(yáng)473000；2.河南天冠企業(yè)集團(tuán)試驗(yàn)中心,河南南陽(yáng)473000）

海藻酸鈉-殼聚糖復(fù)合纖維材料的制備和表征

王建政1,2,朱玉霞1,2

（1.車(chē)用生物燃料技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室工程材料研究室,河南南陽(yáng)473000；2.河南天冠企業(yè)集團(tuán)試驗(yàn)中心,河南南陽(yáng)473000）

由于制備工藝的原因,目前的海藻酸-殼聚糖復(fù)合纖維支架中均含有可以引起體內(nèi)炎癥反應(yīng)的海藻酸鈣成分.在考察海藻酸鈉和殼聚糖溶液流變學(xué)性質(zhì)的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)出一種不含鈣離子的海藻酸-殼聚糖復(fù)合纖維支架制備技術(shù),即在適當(dāng)條件下,將殼聚糖溶液注射進(jìn)入流動(dòng)著的海藻酸鈉溶液中,被剪切拉伸的液絲固化形成海藻酸-殼聚糖復(fù)合纖維.還對(duì)海藻酸-殼聚糖復(fù)合流紡纖維進(jìn)行了理化性質(zhì)表征,證實(shí)了紡絲纖維中殼聚糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)45%以上,冷凍干燥的海藻酸-殼聚糖復(fù)合流紡支架可以在體外細(xì)胞培養(yǎng)體系中穩(wěn)定存在4周以上,預(yù)示著其在醫(yī)學(xué)材料領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值.

海藻酸鈉；殼聚糖；絲狀支架；三維培養(yǎng)

海藻酸鈉（alginate）是一種由α-L-古洛糖醛酸和α-D-甘露糖醛酸聚合而成的天然線性高分子多糖類(lèi)[1]；殼聚糖（chitosan）是甲殼素經(jīng)脫乙?；蟮漠a(chǎn)物,是一種N-氨基葡萄糖與乙酰氨基葡萄糖的共聚物[2].海藻酸鈉和殼聚糖生物相容性良好,已經(jīng)廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)和生物工程領(lǐng)域,其中也包括用來(lái)制作組織工程支架[3-7].由于殼聚糖和海藻酸鈉之間可以發(fā)生聚電解質(zhì)絡(luò)合反應(yīng),海藻酸-殼聚糖復(fù)合物具有比兩者單獨(dú)成分更穩(wěn)定、更容易保持形狀等優(yōu)點(diǎn),因而許多研究者制備出了海藻酸-殼聚糖復(fù)合材料用于組織工程細(xì)胞的3D培養(yǎng)等[8].

纖維狀多孔支架具有空間連通性較高、有利于養(yǎng)分傳質(zhì)和細(xì)胞遷徙、機(jī)械性能優(yōu)良等特點(diǎn),被廣泛用于組織工程細(xì)胞的3D培養(yǎng)等研究領(lǐng)域.關(guān)于海藻酸鈉-殼聚糖復(fù)合纖維制備技術(shù),目前見(jiàn)諸報(bào)道的只限于將海藻酸鈉溶液注入含有殼聚糖的凝固浴中,然后拉伸成型的濕紡法[9].因?yàn)閿嘟z現(xiàn)象的發(fā)生,拉伸效率和紡絲效率受到了極大的影響.而且由于凝固浴中殼聚糖分子向海藻酸鈉紡絲溶液內(nèi)部的滲透性較差,使得最后的紡絲產(chǎn)品中殼聚糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏低（大都低于15%）.這意味著纖維中殼聚糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于相應(yīng)的海藻酸鈉當(dāng)量,剩余有大量游離的海藻酸鈉分子,因而紡絲產(chǎn)品不能在水溶液中穩(wěn)定存在.Steplewski等通過(guò)在海藻酸鈉紡絲液中添加高質(zhì)量分?jǐn)?shù)聚乙烯吡咯烷酮（16%）的方法來(lái)促進(jìn)殼聚糖的滲透作用,但紡絲纖維中的殼聚糖也只達(dá)到24%[10]；如果通過(guò)降低凝固液中殼聚糖相對(duì)分子質(zhì)量的方法來(lái)增加滲透,也只能使紡絲產(chǎn)品中殼聚糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到25%左右,而且紡絲產(chǎn)品脆性大,易碎裂[3].

為了提高紡絲產(chǎn)品在溶液中的穩(wěn)定性,已有的濕法紡絲都添加了氯化鈣（CaCl2）溶液凝固浴程序,使纖維中游離的的液態(tài)海藻酸鈉轉(zhuǎn)化為海藻酸鈣凝膠結(jié)構(gòu),以增加紡絲產(chǎn)品在溶液中的穩(wěn)定性.但是,許多研究表明,海藻酸鈣支架對(duì)體內(nèi)細(xì)胞的生長(zhǎng)具有明顯毒性作用[11-15],而且能夠引起顯著的炎癥反應(yīng)[16-17].究其原因,研究者認(rèn)為是因?yàn)閬?lái)自海藻酸鈣支架逐漸解離的鈣離子誘導(dǎo)了支架周?chē)装Y的發(fā)生[11,18].因此,如果能夠探索出一種不含海藻酸鈣的海藻酸-殼聚糖復(fù)合纖維制備技術(shù),將對(duì)海藻酸-殼聚糖復(fù)合纖維支架的體內(nèi)應(yīng)用起到重要的推動(dòng)作用.

本文從制備不含海藻酸鈣的海藻酸-殼聚糖復(fù)合纖維支架入手,設(shè)計(jì)一種不使用鈣離子溶液的海藻酸-殼聚糖復(fù)合纖維制備新技術(shù),并進(jìn)行工藝確定和優(yōu)化,對(duì)制備的海藻酸-殼聚糖復(fù)合纖維的化學(xué)組成和穩(wěn)定性等理化性質(zhì)進(jìn)行表征.

1 材料與儀器

海藻酸鈉（G/M=0.5）,山東金燕科技開(kāi)發(fā)有限公司；殼聚糖（DD=95%）,浙江玉環(huán)海洋生物制品有限公司；Fluorescein isothiocyanate（FITC）,美國(guó)Amresco公司；Milli-Q Biocel超純水系統(tǒng),密理博中國(guó)有限公司；RET control visc IKA?-WERKE加熱磁力攪拌器,德國(guó)IKA集團(tuán)；微孔濾膜（混合纖維塑膜）,上海市新亞凈化器廠；FD-1冷凍干燥機(jī),北京博醫(yī)康技術(shù)公司；Razel A-99注射泵,美國(guó)Razel科技設(shè)備有限公司；Nikon Eclipse TE2000倒置顯微鏡,日本尼康公司；JSM-5600 LV掃描電鏡,日本Nippon Denki公司；SMZ800體視顯微鏡,日本尼康公司；Leica TCS SP2激光共聚焦顯微鏡,日本Leica microsystem公司；電子分析天平（JA5003）,上海天平儀器廠；傅里葉變換紅外光譜儀（Vector 22）,德國(guó)Bruker光學(xué)儀器公司；元素分析儀（Elementar Vario EL-II）,德國(guó) Analysensysteme GmbH公司；X-射線衍射儀（RINT D/max-2500/PC）,日本Rigaku公司；熱分析儀（Setsys 16/18）,法國(guó)Setaram公司；MEM培養(yǎng)基（Minimum Essential Medium）,美國(guó)Gibco公司；新生牛血清（New born calf serum）,杭州四季青公司；胰酶（Trypsin）,美國(guó)Amresco公司；細(xì)胞培養(yǎng)板（24孔）,珀金埃爾默儀器（上海）有限公司；掃描電鏡（JSM-5600 LV）,日本Nippon Denki公司；微波爐（800 W～1 300 W）,青島海爾集團(tuán).

其他所需試劑為國(guó)產(chǎn)分析純.

2 試驗(yàn)方法

殼聚糖的FITC熒光標(biāo)記：稱(chēng)取1.0 g殼聚糖粉末,攪拌溶于100 mL醋酸緩沖溶液（11.8 mL冰醋酸+ 8.2 g醋酸鈉,定容至1 000 mL,pH 4.1～4.4）中,用1.0 mol/L NaOH調(diào)至pH 6.5～7.0；稱(chēng)取6 mg FITC（異硫氰酸熒光素）,溶于4.0 mL甲醇.將上述兩種溶液混合,常溫避光攪拌13 h反應(yīng),然后濾紙過(guò)濾,用50%乙醇反復(fù)洗滌沉淀至中性.最后100%乙醇洗滌沉淀,真空避光冷凍干燥.

殼聚糖溶液配制：稱(chēng)量1 g殼聚糖粉末,攪拌溶于100 g醋酸緩沖溶液（11.8 mL冰醋酸+8.2 g醋酸鈉,定容至1 000 mL）中.繼續(xù)攪拌30 min后,依次經(jīng)孔徑0.8 μm、0.45 μm和0.22 μm微孔濾膜過(guò)濾,然后用去離子水分別依次稀釋至所需質(zhì)量濃度.試驗(yàn)使用的殼聚糖粘均相對(duì)分子質(zhì)量為230 kDa,殼聚糖質(zhì)量濃度為0.333 g/L、0.250 g/L和0.200 g/L.

海藻酸鈉溶液配制：稱(chēng)量1 g海藻酸鈉粉末,攪拌溶于100 g去離子水（R=18.2 MΩ/cm）中.繼續(xù)攪拌3 h后,依次經(jīng)孔徑0.8 μm、0.45 μm和0.22 μm微孔濾膜過(guò)濾,然后用去離子水稀釋至所需質(zhì)量濃度.試驗(yàn)使用的海藻酸鈉粘均相對(duì)分子質(zhì)量為595 kDa,海藻酸鈉的質(zhì)量濃度為10 g/L.

纖維制備：將殼聚糖溶液裝入附有特定型號(hào)針頭的醫(yī)用注射器,用Razel A-99注射泵控制流量,將殼聚糖溶液注射進(jìn)入攪拌著的海藻酸鈉溶液中.攪拌轉(zhuǎn)速1 000 r/min；注射流量35.7 mL/h；針頭孔徑450 μm.用一根不銹鋼長(zhǎng)針頭插入燒杯,搜集纖維（見(jiàn)圖1）.將纖維轉(zhuǎn)入另一個(gè)盛有去離子水的燒杯中水洗,再次搜集；依次水洗3遍后,將纖維搜集置入6孔培養(yǎng)板中進(jìn)行冷凍干燥.

圖1 纖維水洗與搜集示意Fig.1 Scheme of rinsing and collecting of fibers

紡絲樣品處理和拍照：

（A）獲得紡絲樣品后,在載玻片上滴一滴清水,放上適量的紡絲樣品（需要干燥時(shí)采用冷凍干燥后的紡絲樣品）,放在倒置顯微鏡下或激光共聚焦顯微鏡下（488 nm/515 nm）觀察和拍攝照片；

（B）在載物臺(tái)上放上適量的、冷凍干燥的紡絲樣品,放在體視顯微鏡下觀察和拍攝照片；

（C）將冷凍干燥的紡絲樣品用導(dǎo)電膠布粘在載物臺(tái)上,在掃描電鏡下觀察拍照.

紅外譜圖測(cè)定步驟：所有待測(cè)樣品均經(jīng)乙醇梯度洗滌（0%、20%、40%、60%、80%、100%,經(jīng)pH值中性去離子水配制）、脫水和干燥.將干燥的樣品加入KBr充分研磨后壓片,在紅外光譜儀上記錄其譜圖,掃描范圍為500～4 000 cm-1.

元素分析（N、C、H）：將干燥的樣品研磨成粉末,在元素分析儀上1 800℃燃燒,測(cè)定元素N、C、H的質(zhì)量分?jǐn)?shù),并計(jì)算N/C比和殼聚糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù).殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算采用式（1）.

X-線衍射光譜：將干燥的樣品（殼聚糖質(zhì)量濃度為0.333 g/L）用粉末機(jī)壓片,在X-線衍射以上掃描,電壓40 kV,電流100 mA,Cu kα（0.154 nm）譜源,掃描角度5°～40°,掃描速度5°/min.

熱譜分析：將10 mg真空干燥的樣品壓進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)氧化鋁瓷坩堝,在25～350℃范圍內(nèi)對(duì)樣品進(jìn)行熱重分析（Thermogravimetric analysis,TG）、微分熱重分析（Differential Thermo-Gravimetric analysis,DTG）和差式掃描量熱分析（Differential Scanning Calorimetric analysis,DSC）.升溫速率：10℃/min.升溫測(cè)定過(guò)程中,以20 mL/min的流量通氬氣進(jìn)入坩堝作為保護(hù)氣.

纖維在培養(yǎng)基中的穩(wěn)定性分析實(shí)驗(yàn)：在24孔培養(yǎng)板中接入MEM培養(yǎng)基（含10%血清）和MCF-7細(xì)胞（0.5×106cells/cm2）,在37℃、5%CO2條件下無(wú)菌培養(yǎng)3 h.在另一24孔培養(yǎng)板中放入干燥的纖維樣品（每孔約0.01 g,在微波爐中加熱滅菌3 min.冷卻后每孔接入2 mL前述的經(jīng)過(guò)細(xì)胞培養(yǎng)的MEM培養(yǎng)基,在37℃、5%CO2條件下無(wú)菌培養(yǎng).30 d后,將纖維樣品撈出,經(jīng)過(guò)PBS溶液（pH 7.4）漂洗和乙醇梯度脫水（0%、20%、40%、60%、80%、100%）后冷凍干燥,在掃描電鏡（SEM）下觀察拍照.對(duì)照組采用MEM培養(yǎng)基對(duì)纖維樣品簡(jiǎn)單漂洗后冷凍干燥,然后SEM觀察.

3 結(jié)果與討論

3.1 流體紡絲的基本原理

根據(jù)液滴及液絲變形理論,設(shè)計(jì)了一種紡絲方法：將分散相溶液（如殼聚糖溶液）注射進(jìn)入流動(dòng)相溶液（如海藻酸鈉溶液）中,兩種溶液反應(yīng)形成固化的復(fù)合絲狀物（如海藻酸-殼聚糖聚電解質(zhì)復(fù)合纖維）,在這里稱(chēng)之為“流體紡絲”（Hydro-spinning）（見(jiàn)圖2）,簡(jiǎn)稱(chēng)“流紡”.

圖2 流體紡絲示意Fig.2 Scheme of hydro-spinning

圖3 流紡纖維的形態(tài)Fig.3 Morphology of hydro-spun fibers

流體紡絲的原理在于分散相溶液在接觸連續(xù)相溶液時(shí),被流動(dòng)著的連續(xù)相剪切拉伸成條帶狀,其變形動(dòng)力的來(lái)源在于兩種溶液接觸面間的摩擦力,被拉伸的液絲因?yàn)檫B續(xù)相和分散相之間發(fā)生凝固反應(yīng)而在其斷裂成碎片前固定成型.

3.2 流體紡絲纖維的形態(tài)

將合適濃度的殼聚糖溶液作為分散相,注射進(jìn)入流動(dòng)著的海藻酸鈉溶液中,可以紡出絲狀產(chǎn)物（見(jiàn)圖3-C）,在共聚焦顯微鏡下呈綠色熒光條帶（見(jiàn)圖3-F）,說(shuō)明紡絲纖維中含有熒光標(biāo)記的殼聚糖分子.干燥后纖維樣品在體視顯微鏡下呈乳白色海綿狀（見(jiàn)圖3-D）,在光學(xué)顯微鏡下呈絲帶狀（Ribbon-like）（見(jiàn)圖3-A和圖3-B）,在掃描電鏡（SEM）下呈薄片狀（見(jiàn)圖3-E）,說(shuō)明紡絲纖維具有比較高的比表面積.

3.3 流紡纖維的化學(xué)組成

3.3.1 紅外表征 海藻酸鈉是一種陰離子高分子聚合物,而殼聚糖是一種陽(yáng)離子高分子聚合物.海藻酸鈉離解的羧基基團(tuán)-COO-與殼聚糖的質(zhì)子化基團(tuán)-NH3+之間的靜電吸引作用可以使兩者形成海藻酸-殼聚糖聚電解質(zhì)復(fù)合物（見(jiàn)圖4-A）[11-14].Lawrie等人報(bào)道：該復(fù)合物形成后,其FTIR圖譜將在1 530 cm-1附近有一個(gè)屬于質(zhì)子化的胺基（+H3N-）的特征吸收峰[19],依此可以判斷海藻酸-殼聚糖離子鍵（-COO-…+H3N-）的形成.海藻酸-殼聚糖流紡纖維樣品的FTIR圖譜如圖4-B所示,纖維樣品（F0.333,F0.250和F0.200分別代表使用的殼聚糖質(zhì)量濃度為0.333 g/L、0.250 g/L和0.200 g/L）的FTIR圖譜在1 531 cm-1處均有一個(gè)特征峰,而原料海藻酸鈉（A595）、殼聚糖（C230）及二者物理混合物（ACmix）均不具有該特征峰,這說(shuō)明流紡纖維中,海藻酸鈉與殼聚糖之間存在著離子鍵作用.這種離子鍵作用將使得海藻酸-殼聚糖復(fù)合物支架對(duì)于pH變化比單獨(dú)的海藻酸鈉或殼聚糖支架更穩(wěn)定[20-21],更適于在細(xì)胞培養(yǎng)基中保持一定的物理形態(tài).同時(shí),海藻酸-殼聚糖離子鍵的形成可以破壞海藻酸鈉和殼聚糖原有分子的晶型結(jié)構(gòu),更有利于復(fù)合物支架的生物降解.

圖4 紅外吸收光譜與海藻酸鈉/殼聚糖之間的化學(xué)鍵Fig.4 FTIR and chemical bonds between alginate and chitosan

3.3.2 元素分析 試驗(yàn)中選用了殼聚糖質(zhì)量濃度為0.200 g/L、0.250 g/L、0.333 g/L的流紡纖維樣品進(jìn)行化學(xué)元素分析（Elementary analysis）,其結(jié)果如表1所示,對(duì)應(yīng)于殼聚糖質(zhì)量濃度為0.200 g/L、0.250 g/L、0.333 g/L的纖維樣品（依次分別為WDAC0.200,WD AC0.250和WD AC0.333）的殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為（46.5± 3.1）%、（49.0±1.9）%和（54.4±1.3）%.可以看出,隨著殼聚糖質(zhì)量濃度的增加,復(fù)合纖維中的殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)也在不斷增加.盡管有許多研究者進(jìn)行了海藻酸鈉/殼聚糖復(fù)合濕法紡絲的研究,但濕法紡絲纖維中的殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)普遍低于15%.具有高殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的支架更利于調(diào)節(jié)細(xì)胞的貼附生長(zhǎng)[22].此外,由于人體內(nèi)富含降解殼聚糖的生物酶,高殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)也會(huì)更利于支架的可控降解.

表1 流紡纖維成分的元素分析結(jié)果（平均數(shù)±SD,n=4）Tab.1 Element analysis data of WD fibers and pure materials（Data showed as mean±SD,n=4）

3.4 流紡纖維的晶型和熱力學(xué)穩(wěn)定性分析

3.4.1 晶型分析 將海藻酸鈉、殼聚糖原料及流紡纖維樣品分別進(jìn)行XRD（X-ray diffraction）檢測(cè),其結(jié)果如圖5所示.

圖5 海藻酸鈉,殼聚糖及海藻酸-殼聚糖復(fù)合纖維的XRD圖譜Fig.5 XRD spectra of alginate,chitosan and alginate/chitosan complex fibers

由圖5可知,殼聚糖在2θ=10.4°和2θ=20°處各有一個(gè)衍射峰（圖5-a）,這與文獻(xiàn)結(jié)果相一致[23-24]；海藻酸鈉在2θ=13.6°和2θ=21.5°處各有一個(gè)衍射峰（圖5-b）,這也與文獻(xiàn)結(jié)果相一致[25-26].海藻酸-殼聚糖復(fù)合纖維在12.5°與22.5°之間有一大跨度的平坦寬峰（圖5-c）,這說(shuō)明在復(fù)合纖維內(nèi),海藻酸鈉和殼聚糖的晶型結(jié)構(gòu)被二者之間的離子鍵所打破,繼而形成了更多的無(wú)定型復(fù)合主體結(jié)構(gòu)[27],同時(shí)也說(shuō)明了海藻酸鈉、殼聚糖兩種成分在流體紡絲過(guò)程中混合的均勻性.

海藻酸-殼聚糖復(fù)合流紡纖維樣品的無(wú)定形結(jié)構(gòu)的增加,意味著海藻酸鈉和殼聚糖大分子鏈之間的離子鍵會(huì)破壞它們各自分子鏈內(nèi)的微小晶區(qū),因而有利于增加材料的柔韌性,減小脆性.同時(shí),這兩種高聚物的分子鏈總體上會(huì)在流體紡絲過(guò)程中沿拉伸方向上進(jìn)一步取向排列,因而有利于增加流紡纖維材料的抗拉伸強(qiáng)度等性能.

3.4.2 熱譜分析 對(duì)流紡纖維及原料海藻酸鈉、殼聚糖的熱動(dòng)力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行分析測(cè)定,結(jié)果如圖6所示.

圖6 海藻酸鈉,殼聚糖及海藻酸-殼聚糖復(fù)合纖維的熱譜分析Fig.6 Thermal analysis of alginate,chitosan and alginate/chitosan complex fibers

由圖6可知,有93.25和104.77℃兩個(gè)吸熱峰（即負(fù)的熱流）（圖6-A）,此時(shí)伴隨著樣品質(zhì)量的減少,即DTG曲線為負(fù)值,TG下行.因此,這兩個(gè)吸熱峰可能分別來(lái)源于殼聚糖中自由水和結(jié)合水的釋放[28-29].此外,在300.18℃附近伴隨著樣品的質(zhì)量損失（DTG為負(fù)值,TG曲線下行）,殼聚糖的DSC圖譜還有一個(gè)明顯的放熱峰,此時(shí)可能是由于殼聚糖樣品因受到高溫而發(fā)生放熱降解反應(yīng)（Pyrolyticdecomposition）[29].海藻酸鈉原料樣品在97℃和235℃附近各有一個(gè)失重過(guò)程（DTG為負(fù)值,TG曲線下行）（圖6-B）,所不同的是,在97℃時(shí)為吸熱失重（即DSC為負(fù)值）,而在235℃時(shí)為放熱失重（即DSC為正值）,因此這兩個(gè)峰可能分別代表失水和熱降解過(guò)程[30].此外,海藻酸鈉的熱動(dòng)力曲線在135℃和200℃之間有一段寬闊平坦的吸熱過(guò)程（DSC為正值）,在此過(guò)程中樣品沒(méi)有明顯的失重（即DTG和TG曲線基本呈水平狀態(tài)）,此過(guò)程可能對(duì)應(yīng)著海藻酸鈉樣品的玻璃化轉(zhuǎn)變過(guò)程（Glass transition）[31-32].在94℃和211℃顯示兩個(gè)明顯的吸熱峰（圖6-C）,這兩個(gè)吸熱峰伴隨失重過(guò)程（DTG為負(fù)值,TG曲線下行）,因此可能對(duì)應(yīng)著樣品失去自由水和結(jié)合水的過(guò)程.此外,在280℃附近有一個(gè)放熱失重過(guò)程（DSC正值,DTG負(fù)值,TG曲線下行）,這時(shí)可能對(duì)應(yīng)著樣品的高溫共價(jià)鍵斷裂降解過(guò)程.

3.5 流紡纖維在培養(yǎng)基中的穩(wěn)定性

試驗(yàn)對(duì)海藻酸-殼聚糖復(fù)合流紡纖維在體外細(xì)胞培養(yǎng)體系中的穩(wěn)定性進(jìn)行了檢測(cè),結(jié)果如圖7所示.海藻酸-殼聚糖復(fù)合流紡纖維在體外細(xì)胞培養(yǎng)體系的MEM培養(yǎng)基中能穩(wěn)定存在4周以上（圖7-B）,且其物理形態(tài)基本保持不變,這說(shuō)明海藻酸-殼聚糖流紡纖維可以用來(lái)嘗試作為體外細(xì)胞培養(yǎng)的3D支架材料.圖7-A顯示的是MEM簡(jiǎn)單漂洗后即冷凍干燥的對(duì)照材料.

圖7 海藻酸-殼聚糖復(fù)合流紡纖維在培養(yǎng)基中的穩(wěn)定性Fig.7 Stability of alginate/chitosan hydro-spun fibers in MEM

4 小結(jié)

在適當(dāng)條件下,將殼聚糖溶液注射進(jìn)入流動(dòng)著的海藻酸鈉溶液中,兩種溶液可以發(fā)生反應(yīng),并拉伸、固化成纖維狀復(fù)合物.通過(guò)對(duì)海藻酸-殼聚糖流紡纖維的理化表征證明：在紡絲過(guò)程中,海藻酸鈉與殼聚糖發(fā)生了靜電絡(luò)合作用,形成了不溶于水的海藻酸-殼聚糖聚電解質(zhì)復(fù)合帶狀纖維；紡絲產(chǎn)物中殼聚糖與海藻酸鈉的反應(yīng)充分、混合均勻,殼聚糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)45%以上；經(jīng)過(guò)充分干燥的纖維在溶液的穩(wěn)定性大大增強(qiáng),可以在體外細(xì)胞培養(yǎng)體系中穩(wěn)定存在4周以上.上述特征表明,該復(fù)合材料在組織工程等領(lǐng)域有著潛在的應(yīng)用前景.

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（責(zé)任編輯：盧奇）

Fabrication and characterization of alginate-chitosan hybrid fibers

Wang Jianzheng1,2,Zhu Yuxia1,2
（1.Group of Material Engineering,State Key Laboratory of Bio-fuel Technology for Vehicle.Nanyang 473000,China；2.Testing Center of Henan Tianguan Group Co.,Ltd.,Nanyang 473000,China）

Traditional wet-spun alginate-chitosan fibrous scaffolds contain calcium ions,which would induce inflammations in applications in vivo.A novel technology for the fabrication of non-calcium alginate-chitosan hybrid fibrous scaffold for three-dimensional cell culture was described in this paper.On the basis of rheological characters of alginate and chitosan solutions,a method was designed to fabricate alginate-chitosan hybrid fibers.Under certain operating conditions,chitosan solution was injected into the flowing alginate solution,and was sheared into streamlines. The streamlines then solidified into fibers before breaking into pieces.In addition,the physical and chemical properties of alginate-chitosan fibers were also investigated.It was verified that alginate-chitosan polyelectrolyte complex （PEC）formed during the process of hydro-spinning,and the content of chitosan reached more than 45%of the fibers.Freezing dried fibers could retain their integrity in the MEM up to 4 weeks.

alginate；chitosan；fibrous scaffold；three-dimensional cell culture

TQ460.1

A

：1008-7516（2015）04-0048-08

10.3969/j.issn.1008-7516.2015.04.010

2015-06-06

王建政（1971―）,男,河南平頂山人,博士,工程師.主要從事生物醫(yī)學(xué)材料研究.