静电纺丝法制备的生物活性氧化钛微纳米纤维的性能调控及其机制

Titania with micro-nano structure is bioactive material, and its bioactivity depends on the micro-nano structure. Electrospinning is an effective method to construct titania fiber with micro-nano structure. In this proposal, we attempt to prepare bioactive titania fiber by electrospinning method and study the mechanism on its bioactivity regulation. The electrospinning process and parameters will be controlled to regulate the structure of the titania fiber. Then the bioactivity of the fiber will be studied with cell culture, protein adsorption, gene expression, bio-calcification and animal experiments. It is expected to explore the regulation rule of the bioactivity of the titania fibers by the electrospinning process, and to study the intrinsic material and biological mechanism of the bioactivity of the fibers. It is possible to get bioactive titania fiber with potential clinical application value.

具有微纳米结构的氧化钛是生物活性材料，其活性对其微纳米结构具有依赖性；静电纺丝技术是构建具有微纳米结构的氧化钛纤维的有效手段，因此本项目采用静电纺丝技术构建生物活性氧化钛微纳米纤维并考察其结构与性能的调控机制。研究从氧化钛微纳米纤维的静电纺丝构建参数的设计入手，通过调整氧化钛溶胶凝胶体系的种类和浓度、静电纺丝电场、加样速率、后处理温度等，研究氧化钛微纳米纤维的静电纺丝构建过程对其微纳米结构参数(微纳米纤维形貌、尺寸、比表面积、孔隙率、表面电荷、晶相、晶体取向和晶粒大小等)的调控规律；进一步在细胞分化与生长、相关特征蛋白和基因表达、蛋白吸附与构象变化、生物矿化、动物体内成骨等层面研究氧化钛微纳米纤维的结构参数对其生物学性能的影响规律，了解其生物活性的材料学和生物学机制，认识静电纺丝构建过程对其生物学性能的调控规律，优化并获得具有临床意义的生物活性氧化钛微纳米纤维及其静电纺丝构建技术。

本项目采用静电纺丝法，基于不同的静电纺丝条件，获得了多种结构的氧化钛纤维。静电纺丝前驱体的浓度、纺丝速度以及后处理温度是影响氧化钛纤维尺寸、晶相结构和晶粒大小的关键因素。矿化实验表明，氧化钛纤维的尺寸和晶相结构是影响其矿化能力的主要因素。具有锐钛矿晶相结构和串珠结构的氧化钛纤维有利于生物矿化形成类骨磷灰石。在氧化钛纤维表面吸附的白蛋白和溶菌酶蛋白质，其吸附数量及构象也受到氧化钛纤维结构的影响。细胞实验中发现，间充质干细胞在纤维表面的生长、增殖与分化受到氧化钛纤维的结构影响，锐钛矿氧化钛纤维有利于细胞的增殖与分化。动物实验表明，静电纺丝获得的氧化钛纤维在皮肤组织修复领域具有良好的应用前景。