DOI:10.1016/j.msec.2020.110706

组织工程学的一个重要组成部分是材料结构，它为细胞和组织的固定和发育提供了模型，该模型允许营养物质和调节分子在细胞间的运输。社区声称需要性能更好的新材料用于临床。聚己内酯（PCL）是一种可生物降解的半结晶高分子材料，具有优异的机械性能，因其在生物医学领域的广泛应用而备受关注。在此，采用两种不同的方法（静电纺丝和旋转喷射纺丝）和不同浓度的PCL，制备出各具特征的超薄纤维，并通过形态学、润湿性、热特性和细胞毒性特征以及细菌定植进行了验证和分析。研究发现不同的PCL支架形态取决于所用的制备方法。所有的PCL支架显示出更大的哺乳动物细胞相互作用。最印象深刻的是，在没有使用纳米颗粒或抗生素的情况下，旋转喷射纺丝纤维显示出一种特殊的粗糙表面，减少了细菌的定植，这可能与物理（支架）和/或生物学机制有关。因此，这项研究表明，旋转喷射纺丝纤维与电纺纤维相比具有特殊的形貌，可减少细菌定植，并且在与哺乳动物细胞接触时不呈现细胞毒性。

图1.使用电纺（AD）和旋转喷射纺（EF）PCL纤维收集的纤维直径分布的显微照片和相应的直方图。通过电纺纤维获得的显微照片分别对应于12％（A）、15％（B）、17％（C）和20％（D）（w/v）的PCL，以及15％（E）和20％（F）（w/v）的旋转喷射纺纤维。分别显示了由ImageJ计算的PCL直径的分布（A1-F1）。比例尺=5μm。

图2.PCL含量为15％的电纺纤维（A）和旋转喷射纺纤维（B）的AFM图像。（C）是（A）的细节，（D）是（C）的细节；（C）和（D）显示了孤立的单根纤维。需要注意的是，尽管（C）是（A）的细节，但它仍然看起来像是光滑的表面。但（D）和（B）之间不是这种情况，（B）上的橡子被转变成裂纹表面。这种情况是被迫发生的，因为纤维的长度不同。

图3.在氮气气氛下，以10℃ min-1的升温速率，以20 mL min-1的流速，在-150℃至250℃范围内的DSC热图。

图4.金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌在电纺PCL 17％（w/v）和旋转喷射纺PCL 15％（w/v）上定植24 h的菌落形成单位（CFU）和SEM图像。（A）金黄色葡萄球菌和（B）铜绿假单胞菌的CFU。A1和A2显示了从电纺纤维上培养的金黄色葡萄球菌收集的显微照片。A3和A4显示了金黄色葡萄球菌定植在旋转喷射纺纤维上的显微照片。B1和B2显示了从电纺纤维上培养的铜绿假单胞菌收集的显微照片。B3和B4显示了从旋转喷射纺纤维上培养的铜绿假单胞菌收集的显微照片。将10,000个细胞/ml细菌接种在两条PCL纤维上。值表示平均值±标准偏差，N=3。与所有其他值相比，*p<0.001。（C）通过静电纺丝和旋转喷射纺丝制成的不同纤维上的人真皮成纤维细胞（HDF）的活力。将细胞以20,000个细胞/cm2接种24小时。值是平均值±标准偏差，N=3。与所有其他纤维相比，*p<0.001。仅使用细胞作为对照组对数据进行归一化。

图5.革兰氏阳性菌（A）和革兰氏阴性菌（B）的菌落形成单位（CFU）。（A1）表皮葡萄球菌，（A2）金黄色葡萄球菌RiB1，（A3）金黄色葡萄球菌BEC9393。 （B1）铜绿假单胞菌ATCC 2785，（B2）铜绿假单胞菌31NM和（B3）肺炎克雷伯菌KP230。将细菌接种到电纺（ES）和旋转喷射纺（RJS）PCL支架的表面。值代表平均值±标准偏差，N=3。**p<0.01，***p<0.001。

图6.假设。（A）材料表面结构。（A1）旋转喷射纺纤维的SEM图像。A2显示了旋转喷射纺纤维粗糙结构的细节，确认了0.4–1.4μm之间的间距。B显示了收集到的电纺PCL纤维的显微照片，并展示了光滑表面的细节。（C和D）细菌表面的生物结构。（C）革兰氏阳性细菌表面及其各自的细菌大小。（D）革兰氏阴性细菌的表面及其各自的细菌大小。E图示了在支架表面上的细菌粘附的示意图，并且箭头指示了细菌粘附在材料表面上的接触点。

图7.（A）静电纺丝（ES）和（B）旋转喷射纺丝（RJS）工艺。A中描述了用于设置ES过程的部件的详细信息。B中所描述的数字与RJS设备相对应：（1）储液罐，（2）电机，（3）收集器，（4）输送溶液的系统和（5）蠕动泵的细节。