DOI:10.1016/j.matdes.2020.108915

生物材料的表面电势是在组织再生中调节细胞反应、驱动其粘附并发出信号的关键因素。在这项研究中，比较了光滑和多孔的电纺聚己内酯（PCL）纤维以及PCL膜的表面和Zeta电位，以评估它们在骨再生中的重要性。在静电纺丝过程中，通过施加正负电压极性可以控制纤维的表面电势。使用X射线光电子能谱（XPS）和开尔文探针力显微镜（KPFM）测定了不同PCL纤维和薄膜的表面性能，并使用电动技术测量了Zeta电位。利用先进的显微镜检验了表面电势对骨细胞形态的影响，包括基于聚焦离子束扫描电子显微镜（FIB-SEM）的3D重建。分别使用荧光显微镜和天狼星红试验研究了初始细胞粘附和胶原形成，同时通过能量色散X射线（EDX）和茜素红染色证实了钙矿化。上述研究表明，细胞粘附是由PCL纤维的表面电势和形态共同驱动的。此外，调节电纺PCL支架表面电位的能力为增强细胞与材料的相互作用和细胞活性提供了有效途径，从而导致可控的形态变化。

图1.A&B）光滑、C&D）多孔PCL（+）和PCL（-）、E）PCL膜的SEM显微照片和F）PCL纤维直径分布的直方图。

图2.KPFM结果显示了平滑PCL（+）和PCL（-）、多孔PCL（+）和PCL（-）纤维和PCL膜的A-E）表面电势和F-J）图。K）用KPFM测量的表面电位图，L）在KCL溶液中ζ与pH的函数关系，M）在pH7.4的SBF溶液中ζ与时间的函数关系，以及N）ARXPS表面化学性质显示出O=C/O-C强度比与测得的Zeta电位接近于线性关系。

图3.细胞在光滑、多孔PCL纤维上生长的SEM显微照片：A-E）培养1、F-J）3和K-O）7天后（红色箭头表示胶原纤维）。P）捕获的1、2和4 h后粘附细胞的百分比图，并且Q）天狼星红吸光度表明细胞在平滑PCL（+）、PCL（-）、多孔PCL（+）和PCL（-）以及PCL膜上培养1、3和7天后的胶原形成情况。采用单因素方差分析和事后Tukey检验，计算统计学显著性。显著性水平为p<0.05。在图3Q中，所有测试组之间的差异显著。

图4.培养3天后，细胞与支架相互作用的FIB-SEM断层成像的3D重建：A）附着在光滑的PCL（-）支架上的细胞在纤维间生长，放大与纤维重叠的长丝状伪足。B）细胞在纤维顶部生长，同时放大细胞内在化多孔PCL（-）支架表面上的孔。对于光滑和多孔PCL（-）支架，3D重建体素的尺寸分别为10×10×30 nm和5×5×15 nm。细胞为红色，纤维为蓝色。

图5.细胞在光滑PCL（+）、光滑PCL（-）、多孔PCL（+）和多孔PCL（-）纤维表面培养A-E）1天、F-J）3天和K-O）7天后，通过天狼星红分析（以红色表示）染色胶原蛋白的光学显微镜图像。