CN105251047A - 电纺多孔纳米纤维基质微图案印章支架材料及其制备方法和用途 - Google Patents

电纺多孔纳米纤维基质微图案印章支架材料及其制备方法和用途 Download PDF

Info

Publication number
CN105251047A
CN105251047A CN201510638399.0A CN201510638399A CN105251047A CN 105251047 A CN105251047 A CN 105251047A CN 201510638399 A CN201510638399 A CN 201510638399A CN 105251047 A CN105251047 A CN 105251047A
Authority
CN
China
Prior art keywords
porous nano
micro
fibre substrate
electrospinning
supporting stand
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201510638399.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105251047B (zh
Inventor
李花琼
赵子建
孙雪丽
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
WENZHOU BIOMEDICAL MATERIALS AND ENGINEERING RESEARCH INSTITUTE
Original Assignee
WENZHOU BIOMEDICAL MATERIALS AND ENGINEERING RESEARCH INSTITUTE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by WENZHOU BIOMEDICAL MATERIALS AND ENGINEERING RESEARCH INSTITUTE filed Critical WENZHOU BIOMEDICAL MATERIALS AND ENGINEERING RESEARCH INSTITUTE
Priority to CN201510638399.0A priority Critical patent/CN105251047B/zh
Publication of CN105251047A publication Critical patent/CN105251047A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105251047B publication Critical patent/CN105251047B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Abstract

本发明涉及了一种电纺多孔纳米纤维基质微图案印章支架材料及其制备方法和用途。本工艺将微接触印刷术与静电纺丝技术相结合，通过调控纳米纤维基质与微图案印章之间的角度，构建印有不同纳米纤维取向的电纺纳米纤维基质微图案印章支架，其可在无任何生物化学诱导剂作用下，调控干细胞的分化。本发明提供了一种新的在体外能有效促进干细胞分化的微纳米纤维支架材料，为未来功能化多孔微纳米支架的设计及其在组织工程中的应用提供了一种新的设计方向。

Description

电纺多孔纳米纤维基质微图案印章支架材料及其制备方法和用途
技术领域
本发明涉及一种能促进干细胞分化的材料的技术领域，具体是指一种电纺纳米纤维基质微图案印章支架材料及其制备方法，特别涉及基于该电纺多孔纳米纤维基质微图案印章支架材料促进于人骨髓间充质干细胞分化为神经系细胞的用途。
背景技术
载体支架在组织工程领域占有重要的地位，载体纤维支架是细胞外基质的暂时代替物，能够模拟天然的细胞外基质结构，它的性能决定了细胞的粘附、增殖、分化和胞外基质的正常分泌。
现有的支架材料达不到单独组织生长的，要求细胞伪足具有沿着表面拓扑结构攀附的生长趋势,且还需要添加生物化学诱导因子才能进行分化生长，使用生物化学诱导因子会带来的副作用，如不可控的细胞增长、细胞致癌性及细胞死亡等。
因此有必要对此进行进一步改进。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种电纺多孔纳米纤维基质微图案印章支架材料，其具有均一多孔的微纳米纤维结构，该支架材料可以作为很好的干细胞粘附、迁移和分化的载体，细胞伪足可沿着纳米纤维基质微图案印章支架材料纤维取向生长，有利于功能化的组织再生。
本发明的第二个目的是提供电纺多孔纳米纤维基质微图案印章支架材料的制备方法。
本发明的第三个目的是提供电纺多孔纳米纤维基质微图案印章支架材料的用途。
为实现本发明的第一个发明目的，本发明的技术方案是包括有通过静电纺丝工艺制备的多孔纳米纤维基质、以及通过微接触印刷工艺无缝接触粘附设置于多孔纳米纤维基质上的细胞外基质蛋白图案层，该多孔纳米纤维基质中的纳米纤维的取向相互平行一致。
进一步设置是纳米纤维直径是500±80nm，多孔纳米纤维基质厚度是80微米。
进一步设置是细胞外基质蛋白图案层的形状为条带状，带宽20微米，间隔150微米。
进一步设置是所述的多孔纳米纤维基质的材质为聚L-丙交酯-己内酯（PLCL）聚合物。
为实现本发明的第二个目的，其技术方案是包括以下步骤：
（1）将聚L-丙交酯-己内酯（PLCL）聚合物溶于二氯甲烷和N,N-二甲基甲酰胺混合溶液制得PLCL高聚物溶液，然后将PLCL高聚物溶液用静电纺丝工艺制备均一的多孔纳米纤维基质；
（2）将刻有图案的聚二甲基硅氧烷（PDMS）印章的印章表面在到细胞外基质（ECM）蛋白溶液浸润温育至少一小时，再用高压高纯氮气吹干；然后将聚二甲基硅氧烷（PDMS）印章与多孔纳米纤维基质室温下无缝接触，得到印有纤维连接蛋白条状结构的细胞外基质蛋白图案层的电纺多孔纳米纤维基质微图案印章支架材料。
进一步设置是聚二甲基硅氧烷（PDMS）印章上的图案是通过光刻法加工。
进一步设置是步骤（1）中，用静电纺丝工艺的旋转收集器装置的转速是1000-1500rmp，喷嘴与收集器之间的距离是10-15cm，聚合物溶液的流速是0.8-1.2ml/h，电压12-18kV。
进一步设置是所述的细胞外基质蛋白图案层中的细胞外基质（ECM）蛋白的取向与多孔纳米纤维基质中的纳米纤维的取向相平行或者相交。
实现本发明的第三个发明目的技术方案是在无任何的生物化学诱导因子的存在下，将电纺多孔纳米纤维基质微图案印章支架材料作为促进人骨髓间充质干细胞分化为神经系细胞的支架材料。
本发明将微接触印刷术与静电纺丝技术相结合，构建静电纺丝纳米纤维基质微图案印章支架材料。静电纺丝技术是利用高压静电场对高分子溶液的击穿作用来制备纳微米纤维材料的方法，其基本原理是在喷射装置和接收装置间施加上万伏的静电场，从纺丝液的锥体端部形成射流，并在电场中被拉伸，最终在接收装置上形成纳米纤维。微接触印刷工艺：先通过光学或电子束光刻得到模板（通常是二氧化硅）。压模材料（通常是PDMS）的化学前体在模板中固化，聚合成型后从模板中脱离，便得到了进行微接触印刷所要求的压模。接着将压模材料与被印刷的墨溶液接触，然后将浸过墨的压模压到待处理的衬底上，将墨转印到衬底上形成所设计图案。
本发明涉及的能促进干人骨髓间充质细胞分化为神经系细胞的电纺纳米纤维基质微图案印章支架材料，其可以在无任何生物化学诱导因子的作用下，只利用材料本身的表面形貌等物理因素促进于人骨髓间充质干细胞分化为神经系细胞，同时还避免了使用生物化学诱导因子所带来的可能出现的副作用，如不可控的细胞增长、细胞致癌性及细胞死亡等。
下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做进一步介绍。
附图说明
图1显示多孔有序的纳米纤维基质的扫描电子显微镜图（A）及通过调控PDMS印章与多孔有序的纳米纤维基质的角度，可以得到不同取向的电纺纳米纤维基质微图案印章支架（B，C，D），微接触印刷于电纺纳米纤维基质表面的纤维连接蛋白在免疫染色后呈现出0度（B）、45度（C）和90度角（D）取向的微米纳米条状结构；
图2显示多孔纳米纤维基质印章支架可以形成促进神经转录水平上调的生长锥型结构。通过免疫染色结果显示，所有细胞都沿着微接触印刷所形成的微纳条状结构生长。不同的是，0度角（PDMS微印刷印章与有序纳米纤维平行方向）时细胞微丝的生长方向是平行于纳米纤维方向的；45度角（PDMS微印刷印章与有序纳米纤维呈45度角）时，大部分的细胞伪足生长延伸方向沿细胞的两端；90度角（PDMS微印刷印章与有序纳米纤维呈90度角）时，细胞生长方向沿印章的两边延伸；
图3显示了多孔纳米纤维基质印章支架可以促进人骨髓间充质干细胞向神经细胞分化。实时荧光定量PCR（A）和MAP2蛋白免疫染色（B）分析表明，经过14天的细胞培养，45度角时人骨髓间充质干细胞分化为神经细胞的神经转录水平上调最高。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体的描述，只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限定，该领域的技术工程师可根据上述发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。
步骤一：将PLCL聚合物（70:30）溶于二氯甲烷和N,N-二甲基甲酰胺混合溶液(二氯甲烷与N,N-二甲基甲酰胺的体积比是4:1)制得PLCL高聚物溶液；然后将PLCL高聚物溶液在静电纺丝机旋转收集器装置的转速是1500rmp，喷嘴与收集器之间的距离是12cm，聚合物溶液的流速是1.0ml/h，电压17kV，的条件下制得多孔有序的纳米纤维基质。
步骤二：先用光刻法制得PDMS印章，再在室温下将纤维连接蛋白ECM蛋白溶液在PDMS印章表面浸润温育一小时，用高压高纯氮气吹干；然后将PDMS印章与PLCL多孔有序的纳米纤维基质在室温下无缝接触30分钟，得到印有PDMS纤连蛋白条印章的PLCL多孔有序的纳米纤维基质印章支架。而且通过调控PDMS印章与多孔有序的纳米纤维基质的角度，可以得到不同取向的电纺纳米纤维基质微图案印章支架。PDMS印章平行于纳米纤维取向的呈0度角的，与纳米纤维取向呈45度角的，与纳米纤维取向垂直呈90度角的。种植细胞前没有印上纤连蛋白条的区域在37℃下用PluronicF127(2.5w/v%inPBS)钝化1小时，再用PBS洗去多余的F127。
步骤三：在MSC培养基中增殖人骨髓间充质干细胞，培养基要2-3天更换一次，然后用PBS和0.05%的胰蛋白酶-EDTA溶液冲洗和分离细胞。收集细胞，将其种植于PLCL多孔纳米纤维印章支架上，在含有L型谷氨酸、10%胎牛血清和1%抗细菌/抗真菌试剂的低葡萄糖培养基中培养种植密度为650个/cm2的人骨髓间充质干细胞，使其覆盖种植于整个印刷和无印刷区域。在37℃下培养30分钟后然后再用新的培养基洗去没有粘附的细胞。
步骤四：通过免疫染色结果显示，0度角（PDMS微印刷印章与有序纳米纤维平行方向）时细胞微丝的生长方向是平行于纳米纤维方向的；45度角（PDMS微印刷印章与有序纳米纤维呈45度角）时，大部分的细胞伪足生长延伸方向沿细胞的两端；90度角（PDMS微印刷印章与有序纳米纤维呈90度角）时，细胞生长方向沿印章的两边延伸。多孔纳米纤维基质印章支架可以形成促进神经转录水平上调的生长锥型结构。qPCR分析表明，经过14天的细胞培养，45度角时人骨髓间充质干细胞分化为神经细胞的神经转录水平上调最高。

Claims (9)

1.一种电纺多孔纳米纤维基质微图案印章支架材料，其特征在于：包括有通过静电纺丝工艺制备的多孔纳米纤维基质、以及通过微接触印刷工艺无缝接触粘附设置于多孔纳米纤维基质上的细胞外基质蛋白图案层，该多孔纳米纤维基质中的纳米纤维的取向相互平行一致。
2.根据权利要求1所述的一种电纺多孔纳米纤维基质微图案印章支架材料，其特征在于：纳米纤维直径是500±80nm，多孔纳米纤维基质厚度是80微米。
3.根据权利要求1所述的一种电纺多孔纳米纤维基质微图案印章支架材料，其特征在于：细胞外基质蛋白图案层的形状为条带状，带宽20微米，间隔150微米。
4.根据权利要求1所述的一种电纺多孔纳米纤维基质微图案印章支架材料，其特征在于：所述的多孔纳米纤维基质的材质为聚L-丙交酯-己内酯（PLCL）聚合物。
5.一种制备如权利要求1-4之一所述的电纺多孔纳米纤维基质微图案印章支架材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将聚L-丙交酯-己内酯（PLCL）聚合物溶于二氯甲烷和N,N-二甲基甲酰胺混合溶液制得PLCL高聚物溶液，然后将PLCL高聚物溶液用静电纺丝工艺制备均一的多孔纳米纤维基质；
（2）将刻有图案的聚二甲基硅氧烷（PDMS）印章的印章表面在到细胞外基质（ECM）蛋白溶液浸润温育至少一小时，再用高压高纯氮气吹干；然后将聚二甲基硅氧烷（PDMS）印章与多孔纳米纤维基质室温下无缝接触，得到印有纤维连接蛋白条状结构的细胞外基质蛋白图案层的电纺多孔纳米纤维基质微图案印章支架材料。
6.根据权利要求5所述的一种电纺多孔纳米纤维基质微图案印章支架材料的制备方法，其特征在于：聚二甲基硅氧烷（PDMS）印章上的图案是通过光刻法加工。
7.根据权利要求5所述的电纺多孔纳米纤维基质微图案印章支架材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，用静电纺丝工艺的旋转收集器装置的转速是1000-1500rmp，喷嘴与收集器之间的距离是10-15cm，聚合物溶液的流速是0.8-1.2ml/h，电压12-18kV。
8.根据权利要求5所述的电纺多孔纳米纤维基质微图案印章支架材料的制备方法，其特征在于：所述的细胞外基质蛋白图案层中的细胞外基质（ECM）蛋白的取向与多孔纳米纤维基质中的纳米纤维的取向相平行或者相交。
9.一种如权利要求1-4之一所述的电纺多孔纳米纤维基质微图案印章支架材料的用途，其特征在于：在无任何的生物化学诱导因子的存在下，将电纺多孔纳米纤维基质微图案印章支架材料作为促进人骨髓间充质干细胞分化为神经系细胞的支架材料。
CN201510638399.0A 2015-09-30 2015-09-30 电纺多孔纳米纤维基质微图案印章支架材料及其制备方法和用途 Active CN105251047B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510638399.0A CN105251047B (zh) 2015-09-30 2015-09-30 电纺多孔纳米纤维基质微图案印章支架材料及其制备方法和用途

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510638399.0A CN105251047B (zh) 2015-09-30 2015-09-30 电纺多孔纳米纤维基质微图案印章支架材料及其制备方法和用途

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105251047A true CN105251047A (zh) 2016-01-20
CN105251047B CN105251047B (zh) 2018-04-27

Family

ID=55091163

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510638399.0A Active CN105251047B (zh) 2015-09-30 2015-09-30 电纺多孔纳米纤维基质微图案印章支架材料及其制备方法和用途

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105251047B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107789666A (zh) * 2016-08-30 2018-03-13 北京航空航天大学 一种内壁微图案化小口径人造血管
CN108525013A (zh) * 2018-03-23 2018-09-14 南通大学 一种表面具有微纳米拓扑几何结构的组织工程移植物的制备方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1958892A (zh) * 2005-11-03 2007-05-09 财团法人工业技术研究院 具表面图样的纳米纤维基材及其制造方法
CN102260963A (zh) * 2011-06-28 2011-11-30 西南交通大学 一种制备微纳米级图案化电纺纤维膜的方法
CN102317526A (zh) * 2008-12-23 2012-01-11 3M创新有限公司 图案化纺粘纤维质基料及其制备和使用方法
CN103599562A (zh) * 2013-11-15 2014-02-26 无锡中科光远生物材料有限公司 一种微图案化的纳米纤维体的制备方法
CN104056306A (zh) * 2014-06-09 2014-09-24 南京师范大学 具有拓扑结构的cnt/导电聚合物复合涂层修饰的神经导管材料及其制备方法
CN104638294A (zh) * 2013-11-12 2015-05-20 北京化工大学 一种纳米掺杂网格图案化凝胶聚合物电解质的制备方法
US20150159330A1 (en) * 2013-12-09 2015-06-11 The Procter & Gamble Company Fibrous Structures Including an Active Agent and Having a Graphic Printed Thereon

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1958892A (zh) * 2005-11-03 2007-05-09 财团法人工业技术研究院 具表面图样的纳米纤维基材及其制造方法
CN102317526A (zh) * 2008-12-23 2012-01-11 3M创新有限公司 图案化纺粘纤维质基料及其制备和使用方法
CN102260963A (zh) * 2011-06-28 2011-11-30 西南交通大学 一种制备微纳米级图案化电纺纤维膜的方法
CN104638294A (zh) * 2013-11-12 2015-05-20 北京化工大学 一种纳米掺杂网格图案化凝胶聚合物电解质的制备方法
CN103599562A (zh) * 2013-11-15 2014-02-26 无锡中科光远生物材料有限公司 一种微图案化的纳米纤维体的制备方法
US20150159330A1 (en) * 2013-12-09 2015-06-11 The Procter & Gamble Company Fibrous Structures Including an Active Agent and Having a Graphic Printed Thereon
CN104056306A (zh) * 2014-06-09 2014-09-24 南京师范大学 具有拓扑结构的cnt/导电聚合物复合涂层修饰的神经导管材料及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘欣等: "静电纺丝法制备图案化纳米纤维集合体的研究进展", 《高科技纤维与应用》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107789666A (zh) * 2016-08-30 2018-03-13 北京航空航天大学 一种内壁微图案化小口径人造血管
CN108525013A (zh) * 2018-03-23 2018-09-14 南通大学 一种表面具有微纳米拓扑几何结构的组织工程移植物的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN105251047B (zh) 2018-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Xie et al. Structure-induced cell growth by 3D printing of heterogeneous scaffolds with ultrafine fibers
Sharifi et al. Polycaprolactone microfibrous scaffolds to navigate neural stem cells
Meinel et al. Optimization strategies for electrospun silk fibroin tissue engineering scaffolds
Vogt et al. Impact of micropatterned surfaces on neuronal polarity
Qiu et al. Bioprinting neural systems to model central nervous system diseases
Su et al. Microgrooved patterns enhanced PC12 cell growth, orientation, neurite elongation, and neuritogenesis
Park et al. Direct fabrication of spatially patterned or aligned electrospun nanofiber mats on dielectric polymer surfaces
Yow et al. Collagen-based fibrous scaffold for spatial organization of encapsulated and seeded human mesenchymal stem cells
Lu et al. Biofabrication of aligned structures that guide cell orientation and applications in tissue engineering
Wu et al. Crimped fiber with controllable patterns fabricated via electrohydrodynamic jet printing
KR101747378B1 (ko) 단방향성 신경축삭의 3차원 배양을 위한 미세유체장치
US10941380B2 (en) Biomimetic cell culture substrates
Sheets et al. Cell-fiber interactions on aligned and suspended nanofiber scaffolds
CN109316632A (zh) 一种左旋水凝胶材料的制备方法
CN105251047A (zh) 电纺多孔纳米纤维基质微图案印章支架材料及其制备方法和用途
Sun et al. Patterning the neuronal cells via inkjet printing of self-assembled peptides on silk scaffolds
Zhu et al. Engineering microcapsules to construct vascularized human brain organoids
CN107432952A (zh) 三维石墨烯-胶原复合支架及其制备方法和应用
CN106497879A (zh) 一种神经干细胞增殖和诱导其分化为多巴胺能神经元的培养基以及应用和增殖诱导方法
CN114657127A (zh) 一种大脑类器官模型及其制备方法与应用
Neal et al. Laminin-and basement membrane-polycaprolactone blend nanofibers as a scaffold for regenerative medicine
KR100740228B1 (ko) 세포고정용 생체물질을 패터닝하는 장치와 방법 및 이러한방법에 의하여 제조된 세포칩
CN108148753B (zh) 一种基于物理模版的电纺丝图案化制备方法
KR101905269B1 (ko) 패터닝된 하이드로젤을 이용한 신경줄기세포의 분화 방법
CN104694467B (zh) 一种基于纳米电纺丝的细胞一维生长方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant