制备的聚酰胺6 /首席执行官₂复合纳米纤维通过电纺的生物医学应用

文摘

聚酰胺6(尼龙6)/首席执行官₂复合纳米纤维是由电纺的技术。形态、结构和力学性能的尼龙6 /首席执行官₂纳米纤维进行了利用SEM、XRD、傅里叶变换红外(ir)光谱和电子万能拉力试验机。SEM照片显示,纳米纤维的取向和有良好的公司的CeO₂,复合纤维的平均直径先增加然后减少加载的CeO₂。纤维的结晶度降低后的CeO₂。纤维的抗拉强度先增加然后减少增加浓度的CeO₂。小鼠巨噬细胞和成骨细胞的增殖特性(乙烯/首席执行官₂分析了纳米纤维的体外细胞相容性测试,结果表明,尼龙6 /首席执行官₂无毒的巨噬细胞和成骨细胞复合纤维具有良好的生物相容性。

1。介绍

作为生物可降解的、生物相容性和合成聚合物类材料,聚酰胺6(尼龙6)具有良好的机械和物理性能,无毒,耐磨(1,2]。由于其化学结构,由于活性基团是类似于胶原蛋白,尼龙6也被广泛用作生物材料,如手术缝合线、人工血管、人工肌肉,和人工骨。然而,随着对生物医学材料,尽管相对完美的尼龙6的综合属性,它需要进一步的表面改性提高多功能应用程序(3,4]。

电纺是一种有效的技术来制造连续纤维具有高表面area-to-volume比率和高孔隙度(5,6]。电纺的生物聚合物的应用潜力高增加了自实际上电纺膜被认为是适合组织工程结构(7,8]。乙烯及其复合材料也可以准备或增加了多功能应用程序由静电纺丝纳米材料在合适的条件下,当溶解在极性溶剂,如甲酸(9,10]。Abdal-hay et al。11]发现HAp /尼龙6纤维的平均直径首先降低,然后增加机会的增加内容。安et al。4)观察到乙烯溶液的浓度对纳米结构有重要影响ES的产品。裤等。12发现站时间可能影响Ag) /尼龙6纳米纤维的直径在AgNO混合解决方案的预处理₃/尼龙6。吧等。13,14]研究了尼龙6 /壳聚糖复合纳米纤维的成功准备通过电纺的直径约20至40海里。总之,从上面的分析可以看出,PA纳米纤维的功能属性可以提高通过添加交联剂如偶然,Ag)和壳聚糖。然而,由于乙烯的生物活性不足,新的生物活性纳米粒子需要进一步探索提高生物活性和其他多功能PA纳米纤维的应用。

氧化铈(首席执行官₂),稀土镧系元素系列的金属氧化物,具有面心立方fluorite-type晶体结构和存在于两种氧化态+ 3、+ 4 (15,16]。Ce^{3 +}/ Ce^{4 +}氧化还原开关表面缺陷和氧空缺的首席执行官₂纳米粒子有氧化还原和生物活性,能促进成骨细胞的生长和分化,提高生物活性和抗氧化和抗炎能力的生物材料17- - - - - -19]。Gojova et al。20.)学习时的金属颗粒对炎症反应的影响血管内皮细胞发现二氧化铈具有一定的抗炎能力。赫斯特(21]发现二氧化铈具有良好的生物相容性,可以抑制炎症反应,清除自由基和活性氧。然而,随着nanoization的CeO₂,它也有自己的缺陷。一方面,是首席执行官的粒径越小₂,更多的原子表面上,从而导致较高的表面能,容易形成聚合物。另一方面,作为一种生物材料,生物安全的CeO₂纳米材料也逐渐吸引了我们的注意力。

在本文中,我们考虑将尼龙6和CeO₂电纺的为了获得生物医学纳米纤维,用作生物材料,如手术缝合线、人工血管、人工肌肉,和人工骨。最近的报纸已经报道了PA纳米纤维的功能属性的修改;在这里,首席执行官₂纳米材料被用来提高生物活性,如促进成骨细胞的生长和分化。接下来,尼龙6 /首席执行官₂生物医学复合材料是由乙烯-结合nano-CeO修改₂通过电纺的,探讨了复合材料的综合性能,nano-CeO的生物安全₂在复合材料还在调查中。此外,我们系统地表征CeO的内容₂在直径、结晶度和力学性能和细胞增殖的PA /首席执行官₂复合纤维。预计的实际应用提供理论和实验依据尼龙6 /首席执行官₂生物医学复合材料。

1.1。实验

(乙烯颗粒,从东莞广州机床厂购买塑料材料有限公司,有限公司,中国,和修改代理首席执行官₂被用来准备纺丝溶液。其中,修改后的首席执行官₂是通过与首席执行官coprocessing₂(从乐山Wolaixi购买电子材料有限公司,中国),KH550偶联试剂,无水乙醇。尼龙6与不同浓度的修改后的首席执行官₂0、3、5、7、9 wt。%被用来准备复合纳米纤维。单一溶剂,甲酸(分析纯,天津市永达化学试剂有限公司,中国)被用来准备聚合物溶液。尼龙6 /首席执行官₂纳米纤维在80%甲酸实际上电纺。20千伏的高压电源是提供注射器microtip electrospin纳米纤维。tip-to-collector距离保持在18厘米。聚合物溶液放置与塑料microtip 5毫升注射器。最后,尼龙6 /首席执行官₂纳米纤维在80°C真空干燥24小时移除残留溶剂,然后,纳米纤维被用于进一步的特征。

尼龙6 /首席执行官的形态₂观察纳米纤维通过场发射扫描电镜(FESEM, s - 4800、日立、日本)。然后,复合纤维的直径从SEM图像的计算是通过统计软件。实际上电纺纺织的相成分表(1厘米×1厘米)已经被x射线衍射分析(XRD、D / MAX 2500, Rigaku,日本)。纳米纤维的成键的配置和修改效果特征通过傅里叶变换红外(ir、顶点70,力量,德国)和EDS分析。实际上电纺的抗拉强度特征进行了尼龙6 /首席执行官₂纳米纤维电子万能拉力试验机(AGS-X、日本岛津公司、日本)测量外力下纤维的强度。

首席执行官的细胞增殖的影响₂尼龙6 /首席执行官₂纳米纤维膜测试老鼠巨噬细胞和成骨细胞。为了观察细胞连接的方式复合纳米纤维,化学固定细胞进行了尼龙6和PA6/5 wt。%的首席执行官₂样本。经过一系列的细胞培养和孵化,ELISA测得的吸光度值,最后,样本准备细胞扫描电镜形态学观察。

2。结果与讨论

2.1。傅立叶变换红外光谱(乙烯/首席执行官₂复合纤维

傅立叶变换红外光谱被用来研究的官能团的变化修改CeO₂偶联剂KH550和修改的首席执行官₂,如图1。

可以看出,宽峰约3400厘米¹的伸缩振动产生的吸收峰是水分子。此外,Si-O和碳氢键的吸收峰出现在1118和2923厘米¹分别在图1首席执行官(b)的修改₂。因此,它可以证明,偶联剂KH550 nano-CeO成功表面涂层₂。

EDS测量是用来证实如果偶联剂KH550 nano-CeO的表面涂层₂,如图2。从图可以看出2 (b)小峰出现在1.85 KeV的硅元素的特征峰硅烷偶联剂,这也可以证明KH550偶联剂成功地嫁接nano-CeO的表面上₂,而速度是有限的。

2.2。形态学的尼龙6 /首席执行官₂复合纤维

修改后的首席执行官的效果₂研究了尼龙6纳米纤维,和数字3(一个)- - - - - -3 (e)的扫描电镜图像实际上电纺(乙烯/首席执行官₂不同浓度的纳米纤维改性的CeO₂0、3、5、7、9 wt。分别为%。实际上电纺纤维的人物3(一个)- - - - - -3 (e)所有展览和统一的直径长度,表面光滑,没有明显的差异变化的CeO₂浓度。然后,复合纤维的直径从SEM照片是由统计软件计算,如表所示1。结果表明,复合纤维的平均直径的增加先增加然后减少CeO₂内容、达到的最小值370海里当CeO的内容₂是5 wt. %。

这一现象的原因可能是,当CeO的内容₂增加从0 wt。5 wt %。%,溶液浓度的增加,射流表面电荷密度的增加,从而导致更多的飞机费用,从而增加张力,减少纤维的直径。然而,当CeO的内容₂从7 wt。9 wt %。%,复合纤维的直径增加。这可能是因为粘度过高,使得纤维相互纠缠,导致分裂能力和减少直径增加。因此,当CeO的内容₂是5 wt。%,纤维直径最小,纤维直径的变化也是最小的。

2.3。尼龙6 /首席执行官的结晶度₂复合纤维

为了研究首席执行官的浓度的影响₂在尼龙6 /尼龙6的晶体结构,CeO₂XRD研究了复合纤维膜,结果如图4。尼龙6纳米纤维的衍射模式表现出广泛的峰值出现在 和两个弱峰在23.53°和26.37°的尼龙6的特征。然而,x射线衍射数据的尼龙6 /首席执行官₂纳米纤维有点弱提供一个重要的结果,只有几个弱特征峰的CeO₂出现在28.29°,32.87°,47.26°,56.34°。此外,复合纤维的结晶度与不同的CeO₂浓度是列在表中2。

从表可以看出2复合纤维的结晶度降低后的CeO₂与首席执行官的增加不断下降₂内容。当CeO的内容₂是9 wt。%,结晶度最低,为41.91%。这种现象可能是由于纳米粒子的聚集与首席执行官的过度的内容出现₂扰乱正常安排的大分子,减少复合纤维的结晶度。

2.4。拉伸性能的尼龙6 /首席执行官₂复合纤维

为了研究首席执行官的效果₂内容(乙烯/首席执行官的机械性能₂复合纤维,拉伸性能由电子万能拉力试验机。结果如图5。

从图可以看出5纤维的抗拉强度第一CeO的浓度增加而增加₂。这一现象的原因可能是修改后的nano-CeO₂之间的结合有利于无机和有机物质,因此,抗拉强度增加。尼龙6复合纤维的抗拉强度与7 wt。%的首席执行官₂最高,达到5.22 MPa,这增加了91.84%比纯尼龙6纤维。然而,太多的CeO后的抗拉强度降低₂添加,因为过度nano-CeO吗₂将成为应力集中在尼龙6纤维,然后,抗拉强度会下降,容易导致纤维的断裂。

2.5。小鼠巨噬细胞的增殖和成骨细胞对尼龙6 /首席执行官₂复合纤维

首席执行官的影响₂内容对小鼠巨噬细胞的增殖和成骨细胞被单元测试实验。图6显示了定量细胞生存能力的测试结果。

根据图6细胞增殖,逐渐增加1天至3天,而且,集团的首席执行官₂是高于空白组,表明尼龙6 /首席执行官₂电纺的纤维与首席执行官₂是无毒的巨噬细胞和成骨细胞具有良好的生物相容性。与此同时,它也可以证明(乙烯/首席执行官₂电纺的纤维能促进细胞增殖。

与数据6(一)和6 (b)可以看出,CeO的增殖能力₂巨噬细胞的成骨细胞大于,当CeO的内容₂是5 wt。%,尼龙6 /首席执行官₂电纺的纤维有最大的促进成骨细胞的增殖能力。3天的文化中,细胞增殖率达到167%。

为了调查的细胞增殖效应的统计显著性氧化铈,SPSS软件被用来分析测试数据图的显著差异6结果表明,所有的尼龙6 /首席执行官₂纳米纤维从1天到3天与不同的CeO₂浓度与空白的尼龙6纤维相比有显著差异。

2.6。老鼠成骨细胞的形态学PA6/5 Wt。%的首席执行官₂复合纳米纤维

图7显示鼠标的SEM图像成骨细胞培养对尼龙6 /首席执行官₂纳米纤维1天。可以看出,纤维膜上的细胞的细胞核是圆的,沿着纤维方向生长的纳米纤维膜,可以清楚地看到,细胞已经完全或部分嵌入到纤维内部,和膜的表面基本上是完全覆盖的细胞。因此,成骨细胞生长成功在尼龙6 /首席执行官₂复合纳米纤维膜。

图8显示了成骨细胞培养的SEM图像纯尼龙6纤维和尼龙6 /首席执行官₂纤维膜1天。很明显,细胞的数量在PA6/5 wt。%的首席执行官₂纤维膜明显高于纯尼龙6纤维膜。支架本身,尼龙6纳米纤维在引导细胞生长中发挥作用,和细胞数量的增加显著的CeO₂,所以首席执行官₂可以显著促进首席执行官的扩散₂造骨细胞。

3所示。结论

首席执行官₂融入了尼龙6复合纤维表面光滑和均匀的直径是成功地由一个电纺的过程。高纵横比尼龙6 /首席执行官₂复合纳米纤维的直径约370至450海里注定在所有纤维。这表明CeO₂对尼龙6纤维的形态没有明显的效果。增加的CeO₂内容,复合纤维的直径先增加然后减少,达到的最小值370海里5 wt. %。纤维的抗拉强度先增加然后减少增加的CeO₂内容,达到最佳值为5.22 MPa 7 wt. %。尼龙6复合纤维的结晶度降低后的CeO₂与首席执行官的增加不断下降₂内容。

尼龙6 /首席执行官₂电纺膜无毒的巨噬细胞和成骨细胞具有良好的生物相容性。首席执行官的增殖能力₂巨噬细胞的成骨细胞大于,当CeO的内容₂是5 wt。%,尼龙6 /首席执行官₂电纺的纤维有最大的促进成骨细胞的增殖能力。目前的结果带来了更深层的了解静电纺丝的形成在存在修改代理首席执行官₂在生物医学方面和显示缺陷和效益。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果中包括补充信息文件。

的利益冲突

作者宣称他们没有利益冲突有关的出版。

确认

作者承认中国的国家自然科学基金(批准号51874140)和河北省自然科学基金(批准号C2018209270)。

补充材料

图1:(a)修改的CeO2的傅立叶变换红外光谱和(b)与偶联剂KH550 CeO2修改。图4:x射线衍射模式的尼龙6 / CeO2复合纤维的不同浓度CeO2: (a) 0 wt。wt %, (b) 3。5 wt %, (c)。wt %, (d) 7。%,(e) 9 wt. %。图5:尼龙6 / CeO2复合纤维的拉伸性能与CeO2的不同浓度。图6:细胞生长测定巨噬细胞(a)和(b)成骨细胞实际上电纺的尼龙6 / CeO2纳米纤维与不同浓度CeO2 0 wt。wt %, 3。wt %, 5。wt %, 7。%,9 wt. %。(补充材料)

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