DOI:10.1016/j.jmbbm.2020.104124

组织工程技术需要以生物材料为基础的多孔支架，该材料必须尽可能模拟要替代的天然组织的形态和各向异性力学性能。在本研究中，通过模板辅助静电纺丝法制备了各向异性纤维支架。通过使用形状良好的3D微结构金属收集器，在空间上成功地将电纺聚己内酯（PCL）纤维排列成蜂窝结构。纤维支架呈现2x4mm²宽的基本图案，具有低和高纤维密度区域。通过SEM图像分析了蜂窝状图案的不同区域，其中存在不同的纤维直径和特定的纤维取向，这取决于感兴趣的区域。拉伸试验的同时，在图案尺度下对局部变形进行光学观察，以便测定和分析小变形和大变形时的轴向和横向局部应变。蜂窝状膜在两个正交方向上显示出明显不同的力学性能，各向异性比为4.2。在15％应变下对支架进行应力松弛试验。该测量结果表明，约20％的粘度对支架机械响应的贡献很低。因此，研究者提出了用一种正交各向异性线性弹性模型来表征所制备的图案化膜的各向异性行为。这种制备结构化多孔材料的新方法，适用于多种聚合物和结构，为软再生医学应用和定制支架的开发提供了新的见解。

图1.静电纺丝设置：a）微结构收集器上的纤维图案化，b）沉积在微结构收集器上的纤维膜，c）微结构收集器的3D视图，d）基本蜂窝网（收集器突起的俯视图：距离分别为4mm、1.4mm、1mm、2mm）

图2.a）从拉伸样品D1和D2处提取的电纺交叉膜（l0=10mm，L0=70mm），b）纤维支架的蜂窝状图案

图3.具有纤维取向的蜂窝状支架的SEM图像和平均纤维直径测量值：①高纤维密度区（收集器突起），②和③纤维桥，④和⑤蜂窝图案的中心

图4.a）基本蜂窝区域①至⑤的平均纤维直径（AFD），取决于突起之间的距离d，b）距离d1至d5的定义，区域①的d1为零

图5.a）3D蜂窝状支架的光学轮廓仪扫描，b）SEM图像和c）膜截面的轮廓图

图6.蜂窝PCL支架的平均名义应力和标准偏差与整体真实应变的关系。在0、15、30和50％整体真实应变下D1和D2方向的拉伸试验照片

图7.蜂窝支架的名义应力与整体（虚线）或局部真实应变（实线）的函数关系。D1和D2支架在不同整体真实应变下的光学图像。表面S=d0*d5以橙色绘制

图8.单个蜂窝网格的局部变形（D1和D2方向），a）横向应变与局部真实应变，b）表面的局部相对变化

图9.a）D1和D2方向蜂窝支架的负载，b）应力松弛曲线：通过在t=45s时达到的最大值σmax对名义应力进行归一化，黑色虚线表示拟合方程（3）

图10.a）小变形时的名义应力和b）横向应变，所计算的线性拟合的真实应变值介于0％至15％之间