蚕丝基小口径人工血管研究进展

心血管疾病居全球死亡率首位,其中冠状动脉和周边堵塞性血管疾病威胁巨大。为了降低该疾病对人类生命的严重威胁,小口径人工血管移植术(搭桥)是较为普遍的治疗手段,但目前常用的制备方法和材料存在长期通畅率低、易形成血栓和难以在体内促进血管内皮化等问题。桑蚕丝因具备良好的力学性能、生物相容性及可控的生物降解性而被广泛用于小口径人工血管。本文综述了蚕丝基小口径人工血管在动物体内的应用,总结了以蚕丝基为材料制备小口径血管的优势,分析了存在的缺陷和改进方向,以期为蚕丝基小口径人工血管的研究发展提供参考。

力学增强且降解延缓的编织型丝素纤维人工韧带材料研究

针对人工韧带产品在临床应用中存在的问题,如不可降解、应力遮挡、中远期疲劳松弛、慢性炎症等,研究力学性能优良的可降解人工韧带材料是新的发展方向。以丝素纤维为原材料,设计并制备了一种“壳芯”结构的人工韧带原型材料(artificial ligament, AL),并以负载纳米羟基磷灰石(hydroxyapatite, Hap)的聚氨酯(polyurethane, PU)溶液对AL进行涂层得到人工韧带材料(coated artificial ligament, CAL),并对CAL的形态结构、显微结构、力学性能、降解性能、细胞和组织相容性等进行了系统表征。研究结果表明:“壳芯”结构的CAL结构规整、表面平整、孔隙均匀。相较于AL,CAL的力学性能得到了显著提高(P<0.05),且体外降解速率明显延缓。此外,CAL的细胞及组织相容性良好,炎症反应低。该项研究可为开发新型高强可降解人工韧带产品提供理论依据及实践参考。

血管支架预制件的六角形三维虚拟编织

为解决六角形三维编织血管支架的编织工艺复杂、开发周期长的问题,提出了基于MatLab编程的支架三维虚拟编织方法,以快速完成编织工艺开发。首先,基于六角形编织机底盘的结构特点,对底盘单元进行坐标数值化,从而可将支架编织的工艺和工序转换为不同时刻下携纱器在底盘上的XY平面坐标和运动信息以及纱线在芯棒上的高度坐标z值,并应用数值计算方法进行连接和拟合,建立纱线空间轨迹的数学模型,得到虚拟支架的三维基本形态。然后,将编织支架的三维形态展开为二维形态,分析二维平铺形态下单向支架沿螺旋方向缠绕的特点,应用线性方程组求解纱线的交织点坐标,并通过层内和层间的纱线交织关系判断得到各交织点的交织类型。最后,通过方程修正得到具有六角形编织特征的纱线波动方程,进一步建立了具有纱线立体交织特征的虚拟支架实体化数学模型。经不同编织工艺的支架虚拟仿真实验,将虚拟支架与其实物进行比较发现,虚拟支架均能准确直观地表达实物的几何特征和交织特征。由此验证了虚拟仿真建模的正确性,有利于六角形三维编织工艺的快速开发。

全纤维电容式传感器的结构设计及其性能

由于受柔性电容式传感器介电层弹性模量的限制,目前电容器的性能如灵敏度等难以达到应用要求,为提高传感器的传感性能,以聚吡咯复合蚕丝织物作为织物电极,羊毛纤维集合体作为介电层构建全纤维的电容式压力传感器,对电极的织物结构和纤维集合体高度进行优化分析;对传感器的电学及传感性能进行测试,并进行了应用探索。结果表明:面密度为69 g/m^(2)素绉缎聚吡咯复合织物方阻最小,为42Ω/□;纤维电容器以素绉缎聚吡咯复合织物作为电极,羊毛纤维集合体为介电层,且高度为1.4 cm时传感性能最优,在频率为10 kHz、电容最高为66 pF、压力为0~5 N范围内灵敏度最高为1.08 N^(-1)。该电容式传感器具有良好的稳定性,有望应用于肢体运动监测与公共场合安全监测中。

基于仿生学的纺织全产业链设计与应用

仿生学是对在大自然中发现的生物方法、系统和良好设计的提取和应用,仿生学或仿生方法被认为是最有前途的领域之一。生物仿生可以用于纺织产业链的所有环节,从纤维、织造、染整到服装设计,仿生学在纺织领域全面开花。仿生创新是系统研究的产物,到目前为止,商业化的仿生纺织技术还不多;从纤维仿生、面料仿生、色彩仿生、设计仿生和低能耗生产5个方面介绍近年来的成果,分析各方面不足,并对未来进行展望。可以看出,纺织仿生领域前期的研究重点在通过组织结构设计仿生实现面料功能性,随着微纳米尺度科技和可穿戴技术的发展,更多研究集中在材料仿生领域以及仿生学和智能纺织品的结合。在可预见的未来,服装将真正成为人类的第二皮肤。

用于乳腺肿瘤细胞三维培养的纤维-水凝胶复合支架的制备及表征

从力学性能和组成成分两方面还原乳腺肿瘤细胞的生长环境,开发了一种负载富血小板血浆的纤维-水凝胶复合结构支架。通过检测支架的元素组成和化学结构,确认支架中各组分的成功负载,并利用扫描电镜、溶胀测试和水接触角测试表征了支架的表面形貌和理化性能。研究表明:复合支架具有适用于物质传输的孔隙和利于细胞黏附的表面性能;加入纤维显著提高了水凝胶的力学性能,且复合支架具有与乳腺肿瘤组织接近的弹性模量((4.79±0.45)kPa);与二维(2D)培养和无纤维的水凝胶支架相比,复合支架上培养的乳腺肿瘤细胞增殖能力提高了33.1%,显示出细胞聚集成球的特性,并对化疗药物显示出更低的敏感性。复合支架有助于肿瘤学体外研究和预测抗肿瘤药物疗效。

含银功能纤维及织物应用进展

简要介绍了纤维表面镀银、母粒纺丝、静电纺丝以及浸渍法等制备方法的基本原理、加工工艺特点以及对纤维及织物功能性作用的优劣等;围绕抗菌性、导电性和电磁屏蔽性等应用场景,综述了含银纤维及织物的国内外的制备及应用进展,详细分析了含银纤维及织物的最新制备机理、作用机制及其在抗菌性、导电性和电磁屏蔽性等方面的构效关系;最后,展望了含银纤维及织物在生物医用、可穿戴电子设备、通信、军工等领域的潜在应用价值。

BSL-2生物安全实验室风险评估及防控措施

病原微生物风险评估是生物安全实验室采取风险控制措施、建立安全管理体系和制定安全操作规程的重要依据。随着国家对于生物安全管理的要求越来越高,而风险评估工作又具有很高的专业性,业内相关研究较少。文中从风险评估的角度出发,了解行业内生物安全风险评估现状,以BSL-2生物安全实验室活动内容为视角,对生物因子、工作内容、设施设备、感染性材料、人员、防护等风险因素进行评估,并提出相应的管理防控措施,以供业内其他BSL-2生物安全实验室管理参考。

抗菌防沾污生物防护材料的制备及其性能

为保护医护人员生命健康安全,研制了一种兼具抗菌和阻隔功能的可重复使用生物防护材料。首先以纳米银(AgNPs)为抗菌剂,热塑性聚氨酯(TPU)为基体,通过静电纺丝技术制备载银TPU纳米纤维膜;然后以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为疏水整理剂,涤纶织物为基材,通过等离子体刻蚀—浸轧PDMS—焙烘工艺制备防沾污织物;最后将制备的载银TPU纳米纤维膜与防沾污织物进行点胶复合制备生物防护材料。测试了生物防护材料的抗湿性能、透湿性能、防水性能及过滤性能等。结果表明:经过50次标准洗涤后,防沾污织物的水接触角达到143.1°;纳米银负载量为300 mg/kg的生物防护材料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率均达到99.99%,且沾湿等级达到5级,水蒸气透过量为2654.8 g/(m^(2)·24 h),断裂强力为450 N左右,静水压为53.6 kPa,过滤效率达到99%以上。

可重复使用医用防护服面料的洗消性研究

为了探究可重复使用防护服面料的耐洗消性能,以PTFE复合膜织物为试验材料进行相关研究。用过氧乙酸进行洗消处理,并试验不同质量浓度的100 mg/L处理组、200 mg/L处理组、300 mg/L处理组的相关性能。测试结果表明:采用质量浓度100 mg/L的过氧乙酸进行洗消处理,洗消达到20次时防护面料依然可保持良好的抗渗水性、断裂强力和过滤效率,同时遵循不过度洗消的原则。

PPDO/可降解铁混合编织血管支架的结构设计及力学性能

针对用聚对二氧环己酮(PPDO)制备的血管支架(PS)存在支撑强度与支撑时间不足的现状,设计可降解金属Fe与PPDO混合编织血管支架(FPS)。为达到更好的支撑效果,设计并制备PPDO轴纱加固支架(tFPS)与PCL固结编织点加固支架(hFPS)。采用平板压缩法评价血管支架的径向压缩性能;采用弯折法(定性)与悬臂梁法(定量)评价血管支架的弯曲性能;对血管支架进行50 d的体外加速降解试验,观察支架的形貌变化并计算质量损失。结果表明:tFPS、hFPS的径向支撑力相比PS、FPS提高约2倍,有利于保持血管支架植入前期的支撑性能;hFPS的柔顺性优于tFPS;所有支架均具有超过30 d的力学稳定性,FPS、hFPS、tFPS的PPDO组分降解速度快于PS。总体而言,hFPS在降解过程中表现出优异的结构稳定性。

天然高聚物基手术缝合线的研究现状

医用手术缝合线种类丰富,其制备原料可分为天然材料、合成材料及金属材料等,其中天然高聚物基手术缝合线以其优异的生物相容性、低免疫原性等特性在市场上占据主体地位,但仍存在机械性能较差、降解速率难以调控等问题。为了改善天然高聚物基缝合线的性能,促进新型缝合线的研究发展,并使其进一步满足医用领域的应用需求,本文综述了蚕丝基、胶原基、甲壳素基三类天然高聚物基缝合线的研究现状,比较了三者在实际应用中的优缺点,并分析了三者存在的性能缺陷及改进方向,以期为天然高聚物基手术缝合线的研究发展提供参考。

“微-纳”PCL纤维支架多级结构对巨噬细胞极化状态的调控

为探究纤维基材料的孔径和表面形貌对巨噬细胞极化表型的影响,结合静电纺丝技术和溶液诱导结晶法制备不同孔径的微-纳多级结构聚己内酯(polycaprolactone,PCL)纤维支架。通过微观形貌分析及水接触角、拉伸性能和生物性能测试分别评价支架的形貌、润湿性、力学性能及其调控的巨噬细胞极化表型。结果表明:大直径的纤维支架比小直径的纤维支架的孔径大、刚度低,更有利于巨噬细胞向M2型极化(抑炎表型)。相比光滑的纤维支架,具有串晶结构的大孔径纤维支架能够促进巨噬细胞分泌抑炎细胞因子IL-4,并减少促炎因子IL-6的分泌。

用于细菌生物膜感染治疗的纳米纤维的研究进展

细菌生物膜是细菌通过自身分泌的胞外聚合物黏附在物体接触面上而形成含有多细胞的三维结构群体,生物膜导致的细菌感染给患者身体健康和社会经济造成危害,是目前医疗卫生领域面临的一大挑战。相比于浮游细菌来说,形成生物膜的细菌有更加复杂的形态结构与生理作用,导致抗生素难以渗透、常规剂量下疗效差,亟需新型的干预及治疗手段。纳米纤维因其比表面积高、表面可设计性强等优势成为了抗生物膜剂的优势载体,目前已被制成植入式医疗器械涂层及伤口敷料进行生物膜的应对。本文在总结生物膜的形成及危害的基础上,重点阐述基于纳米纤维从防止生物膜形成、分解或靶向胞外聚合物基质、抑制信号分子等方法入手的生物膜清除方法,以凸显纳米纤维在预防及应对生物膜方面的潜力。

腹腔镜术后防粘连用CS/PCL共混纤维膜的制备与表征

为开发一款生物安全性高、力学性能优异且防粘连作用佳的腹腔镜术后防粘连膜,利用静电纺丝技术,将壳聚糖(CS)和聚己内酯(PCL)按不同质量比共混纺丝,对所得共混纤维膜的表观形貌、力学性能、浸润性及防细胞黏附性进行测试与分析。结果表明:随着CS质量分数的增大,共混纤维膜的可纺性大幅下降,并且CS质量分数超过40%时纤维均匀性变差,纤维膜的结晶度先增大后减小,拉伸强度、弹性模量、弯曲刚度增大,断裂伸长率减小;相比纯PCL纤维膜,CS/PCL共混纤维膜的浸润性得到明显改善,对成纤维细胞的黏附能力减弱,防粘连性能优异。综合考量材料成本、可纺性、力学性能及防粘连效果,认为CS质量分数为30%的共混纤维膜在腹腔镜术后防粘连领域的潜在应用价值最大。

壳聚糖与普鲁兰多糖基微纤维制备及性能分析

为了制备一种纯生物基的药物释放基材,本研究选用生物相容性好的壳聚糖与普鲁兰多糖为原料,采用微流控纺丝技术制备壳聚糖与普鲁兰多糖基微纤维,选用溶胀性能较佳的纤维进行小分子药物对乙酰氨基酚的负载与释药性能研究。研究结果表明:壳聚糖与普鲁兰多糖的共混比例为1∶1时,制备的纤维溶胀性能较佳,溶胀率达227%。释药结果表明,其药物释放率达59.16%,遵循菲克扩散机制,壳聚糖与普鲁兰多糖基微纤维是一种发展前景良好的药物递送材料。

再生丝素蛋白/聚乙烯醇共混取向纳米纤维膜的制备与性能

为进一步提升取向纳米纤维膜在纺织生物医学领域的应用潜力,以再生丝素蛋白(RSF)和聚乙烯醇(PVA)为原料,通过静电纺丝制备取向纳米纤维膜。通过单因子及正交试验确定最优纺丝参数,并对取向纳米纤维膜的形貌、化学结构、力学性能、热稳定性能等进行研究。结果表明:静电纺丝最优纺丝参数为选甲酸为溶剂,滚筒转速2400 r/min,纺丝液质量浓度0.16 g/mL,纺丝电压23 kV,出液速度0.6 mL/h,接收距离17 cm;RSF与PVA之间存在一定相互作用,使RSF中部分无规结构向α螺旋结构转变;与相同纺丝时间下得到的无取向纳米纤维膜相比,取向纳米纤维膜的特点为断裂强力更高,是无取向纳米纤维膜的2倍以上,孔径更大,集中在0.5μm附近;取向结构对纳米纤维膜热稳定性基本无影响。

编织型药物洗脱食管覆膜支架及其体外抑制细胞增生性能

以涤纶长丝和镍钛合金丝为原材料,采用编织的方式设计并制备一体化食管覆膜支架。以聚乳酸-羟基乙酸共聚物(poly(lactic-co-glycolic acid),PLGA)为载体,以雷帕霉素为细胞增生抑制药物,采用浸渍方式在覆膜支架表面构建药物洗脱涂层。研究结果表明:该一体化食管覆膜支架结构规整、稳定,覆膜强度显著高于传统的硅胶覆膜;径向支撑性能优良且稳定,覆膜疲劳性测试后,其径向支撑力无显著下降;载药覆膜支架表面呈亲水性,药物释放受pH和PLGA规格的影响;药物释放符合Higuchi药物释放模型,R^(2)值分别达0.995(PLGA75/25)与0.953(PLGA50/50)。体外细胞试验结果表明,载药覆膜对成纤维细胞和肿瘤细胞增生均具有显著的抑制作用,第7 d的细胞抑制率均大于86%。因此,该载药覆膜支架除了高强度的覆膜发挥组织屏蔽作用外,细胞增生抑制功能可进一步防止食管再狭窄。研究结果可为开发新一代食管覆膜支架产品提供参考。

氯霉素检测用纳米纤维基试剂盒的制备及应用初探

为提高胶体金免疫诊断产品对氯霉素(chloramphenicol, CAP)检测的灵敏度,利用静电纺丝技术制备纳米纤维膜替代硝酸纤维素(nitrocellulose, NC)膜作为层析材料,通过调控静电纺丝工艺参数,制备了不同质量分数的乙烯-乙烯醇共聚物(ethylene-vinyl alcohol copolymer, EVOH)纳米纤维膜作为蛋白承载体,并采用N,N′-二琥珀酰亚胺基碳酸酯(N,N′-disuccinimidyl carbonate, DSC)对其进行改性处理,分析改性处理前后不同质量分数EVOH纳米纤维膜的表面形貌、力学性能、蛋白吸附性能、芯吸性能的差异和变化规律。优选出一款综合性能良好的EVOH纳米纤维膜,将其组装成试纸条后对CAP进行检测。研究结果表明,EVOH纳米纤维膜是一种韧性材料,经DSC改性处理后,EVOH纳米纤维膜由疏水转变为亲水,蛋白吸附量较商用NC膜有大幅度提高。其中,质量分数为8%的EVOH纳米纤维膜的蛋白吸附量高达198.7μg/cm2,组装成试纸条后可实现对质量浓度为0.1 ng/mL的CAP的快速检测。采用静电纺丝技术和简单的改性处理工艺,即可制备出芯吸性能和蛋白吸附性能良好的纳米纤维膜,这有助于推进纳米纤维在胶体金免疫诊断领域的应用。

基于表面增强拉曼光谱的纳米纤维基生物传感器的研究进展

为促进纳米纤维基表面增强拉曼光谱(SERS)传感器在生物医用领域的开发及应用,介绍了纳米纤维基SERS基底的组成与性能评价指标,纳米纤维基底的构建方法及其性能影响因素。通过总结纳米纤维基SERS基底的构建方法,阐述了纳米纤维与等离子体材料原位组装和后组装的2种策略,进一步探究了纳米纤维种类及其形貌等对柔性SERS传感性能的影响机制。最后展示了纳米纤维基SERS基底在生物医用领域的应用,根据生物医用领域SERS传感器的性能要求对其未来发展趋势进行展望,以期为制备高性能的纳米纤维基柔性SERS基底及拓宽其实际应用提供一定参考。