生物材料10納米生物材料課件

第10章納米生物材料納米生物材料概述高分子納米生物材料陶瓷納米生物材料納米生物復合材料納米組織工程支架材料展望納米材料學的蓬勃發(fā)展始于20世紀80年代末。1990年7月伴隨著第一屆國際科學技術會議與第五屆國際掃描隧道顯微學會議的召開以及《納米技術》、《納米生物學》兩種國際期刊的問世，納米材料學正式成為材料科學的一個新分支。由于納米材料具有其他傳統(tǒng)材料所不具備的奇異的物理、化學和力學性質(zhì)，因此在眾多的領域和行業(yè)中都具有廣泛的應用前景?！?0.1納米生物材料概述10.1.1納米生物材料的概念和基本效應

納米生物材料是指在三維方向上至少有一維處于納米尺度范圍（1～100nm）的生物醫(yī)用材料。它能對生物材料進行診斷、治療、修復或者替換病損組織。

與一般的納米材料一樣，納米生物材料也具有小尺寸效應、表面效應、量子尺寸效應、宏觀量子隧道效應等基本效應。表面效應納米粒子的表面原子數(shù)與總原子數(shù)之比隨粒徑減小而急劇增大所引起的性質(zhì)變化稱為表面效應。如圖7-1所示隨著粒子粒徑的減小，表面原子數(shù)急劇增大。當納米粒子的粒徑為10nm時，表面原子數(shù)占總原子數(shù)的20%；當粒徑減小到1nm時，99%的原子都集中到了粒子的表面。圖7-1粒子粒徑與表面原子占總原子數(shù)比例的關系量子尺寸效應

當粒子尺寸下降到波爾量子半徑附近時，金屬費米能級附近的電子能級由準連續(xù)轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散能級，并且納米半導體微粒存在不連續(xù)的最高被占據(jù)分子軌道和最低未被占據(jù)的分子軌道能級而使能隙變寬的現(xiàn)象稱為量子尺寸效應。

當能級間距大于熱能、磁能、靜電能、光子能量或超導態(tài)的凝聚能時，量子尺寸效應將會導致納米微粒的電、磁、聲、光、熱性能發(fā)生顯著變化，例如導電性能的轉(zhuǎn)變以及光譜線頻移。宏觀量子隧道效應

宏觀量子隧道效應是指納米粒子的一些宏觀量（如磁化強度）具有貫穿勢壘的能力。這一效應限定了磁盤、磁帶等存儲介質(zhì)的存儲時間極限，因為它不但是未來微電子器件的發(fā)展基礎，也是其進一步微型化的極限。例如，在制造半導體集成電路時，當電路的尺寸接近電子波長時，電子將通過隧道效應而穿透絕緣層，使器件無法正常工作。因此，宏觀量子隧道效應已成為微電子學、光電子學中的重要理論。固相法

固相法主要包括物理粉碎法、固相物質(zhì)熱分解法、旋轉(zhuǎn)涂層法和機械合金法等。固相反應不使用溶劑,具有高選擇性、高產(chǎn)率、低能耗、工藝過程簡單等特點。液相法

液相法是目前實驗室和工業(yè)上最為廣泛采用的合成納米材料的方法，與固相法相比，液相法的特點主要表現(xiàn)在：可控制化學組成；顆粒的表面活性好、易控制顆粒形狀和粒徑；工業(yè)化成本較低。液相法主要包括沉淀法,水解法,噴霧法,乳液法,溶膠-凝膠法等,其中應用最廣的是溶膠-凝膠法和沉淀法。沉淀法

沉淀法是指包括一種或多種離子的可溶性鹽溶液,當加入沉淀劑(如OH-,C2O42-等)于一定溫度下使溶液發(fā)生水解,形成不溶性的氫氧化物、水合氧化物或鹽類從溶液中析出,將溶劑和溶液中原有的陽離子洗去,經(jīng)熱解或熱脫即得到所需的氧化物粉料。沉淀法包括共沉淀法、直接沉淀法、均相沉淀法等。溶膠-凝膠法

溶膠-凝膠（sol-gel）法是指將前驅(qū)物質(zhì)(水溶性鹽或油溶性醇鹽)溶于水或有機溶劑中形成均質(zhì)溶液,溶質(zhì)發(fā)生水解反應生成納米級的粒子并形成溶膠,溶膠經(jīng)蒸發(fā)干燥轉(zhuǎn)變?yōu)槟z，最后將凝膠干燥焙燒得到納米粉體。該法為低溫反應過程,允許摻雜大劑量的無機物和有機物,制備的納米材料具有高純度、化學均勻性好、活性大、顆粒細小以及粒徑分布窄等優(yōu)點。氣相法

氣相法指直接利用氣體或者通過各種手段將物質(zhì)變?yōu)闅怏w,使之在氣體狀態(tài)下發(fā)生物理或化學反應,最后在冷卻過程中凝聚長大形成納米微粒的方法。氣體蒸發(fā)法制備的納米微粒主要具有如下特點:表面清潔;粒度整齊,粒徑分布窄;粒度容易控制;顆粒分散性好。氣相法通過控制可以制備出液相法難以制得的金屬、碳化物、氮化物、硼化物等非氧化物超微粉。氣相法主要包括濺射法、蒸發(fā)-冷凝法、化學氣相沉積法等?！?0.2高分子納米生物材料高分子納米生物材料也稱為高分子納米微?；蛘吒叻肿映⒘＃饕ㄟ^微乳液聚合的方法得到。由于高分子納米生物材料具有良好的生物相容性和生物可降解性，已經(jīng)成為非常重要的納米生物醫(yī)學材料，在靶向藥物、控釋劑以及疑難病的介入診斷方面有著廣闊的應用前景。10.2.1靶向藥物載體中使用的高分子納米生物材料

靶向給藥系統(tǒng)(TargetingDrugDeliverySystem，TDDS)或稱靶向制劑，誕生于20世紀70年代，是指。這種制劑能將藥品運送到靶器藥物通過局部或全身血液循環(huán)而濃集定位于靶組織、靶器官、靶細胞的給藥系統(tǒng)官或靶細胞，而正常部位幾乎不受藥物的影響。

靶向藥物載體系統(tǒng)就其導向機理可分為被動靶向和主動靶向兩種類型。被動靶向藥物載體

被動靶向藥物是通過藥物在特定器官或組織積累的性質(zhì)或者在外來作用(如電場、磁場等)下靶向定位于特定的腫瘤區(qū)域?qū)崿F(xiàn)靶向定位給藥的藥物。被動靶向藥物的載體主要有有脂質(zhì)體、微泡、毫微粒等微粒。

納米粒子的被動靶向性與其粒徑大小有很大的關系。粒徑大于7μm時通常被最小的肺毛細血管機械地截留,可直接用于抗肺癌藥物的載體;粒徑為2～7μm的微粒被毛細血管網(wǎng)攝取后,積集于肝、脾中;粒徑為0.1～0.2μm時,被網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)的巨噬細胞內(nèi)吞轉(zhuǎn)運到肝枯否細胞溶酶體中;粒徑小于50nm時,能穿過肝臟內(nèi)皮或淋巴傳遞到達骨髓。

微泡是近年發(fā)展起來的新攜載類型。藥物呈分子或微粒狀態(tài)分散于微泡材料中,靜、動脈注射或栓塞、肌注、皮下注射、埋植或口服均可,是一種很有發(fā)展前途的微粒給藥系統(tǒng)。將超聲波技術和微泡結合起來可以充分利用二者之間的協(xié)同作用，如圖7-2所示，微泡在超聲波的作用下破裂，微泡中的氣體能有效的降低其空化閾，使得藥物更容易釋放出來并在能量波的作用下進入靶向細胞中。圖7-2超聲波與微泡的協(xié)同作用予常規(guī)胰島素的血糖水平比給予封裝胰島素納米顆粒的血糖水平下降的區(qū)別并不明顯。4h后前者的血糖濃度開始上升并在10h后超過了控制水平，而后者的血糖濃度在6h~12h之間都保持在一個較低的水平上，并將藥物的有效時間至少延長了8h，緩釋效果非常明顯。包封于納米顆粒中的胰島素在外部聚合物降解的過程中緩慢而持續(xù)不斷地釋放出來，有效地延長了藥物作用的時間。圖7-3飽腹糖尿病實驗鼠在分別給予常規(guī)胰島素（■）、納米顆粒包封胰島素（●）和生理鹽水（▲）后血糖濃度隨時間變化的關系10.2.3基因治療中使用的高分子納米生物材料

基因治療是指將人類的正?；蚧蛴兄委熥饔玫幕蛲ㄟ^一定方式導入人體靶細胞(需修復或治療的細胞),以糾正基因的缺陷或者發(fā)揮治療作用,從而達到治療疾病目的的生物醫(yī)學新技術。

基因治療的載體可分為兩大類：一類是病毒類載體系統(tǒng),一類為非病毒類載體系統(tǒng),前者是迄今為止最有效的基因轉(zhuǎn)移方法,由于病毒高度分化具有感染和寄生特性，使得其基因轉(zhuǎn)遞效率通常達90%以上。

由于納米粒大小與病毒相仿,具有表面效應、小尺寸效應和宏觀量子隧道效應等特性,而且具有良好的生物相容性，是良好的基因載體材料。它與病毒載體相比有如下的優(yōu)點:低免疫原性;高容量性;可對插入其中的DNA片斷有很好的保護作用。將納米材料應用于基因治療的基本機理是：載體將DNA,RNA、PNA(肽核苷酸),dsRNA(雙鏈)等基因治療分子包裹其中或由靜電相互吸引或吸附其表面形成復合物,在細胞攝粒作用下,納米顆粒進入細胞內(nèi),釋放基因治療分子,發(fā)揮其治療效能。標記免疫分析的種類

在標記免疫分析出現(xiàn)之前，免疫分析基本處于定性或半定量階段。標記免疫分析是將標記技術與抗原抗體的免疫反應相結合的一類分析方法。根據(jù)標記試劑的不同，標記免疫分析主要分為:放射免疫分析(RIA)、化學發(fā)光免疫分析(CLIA)、酶免疫分析(EIA)和熒光免疫分析(FIA)等。熒光探針

熒光探針又稱熒光染料，是一種廣泛使用的熒光標示劑,其優(yōu)點是檢測速度快、重復性好、用樣量少、無輻射等。利用熒光探針可測定RNA和DNA的結構、研究DNA堿基損傷修復、辨別蛋白質(zhì)分子中氨基的狀態(tài)和蛋白質(zhì)分子的活性區(qū),檢測pmol級的蛋白質(zhì),區(qū)分不同構象的核酸以及有關藥物的化學反應活性。

作為熒光探針的染料必須通過一定的反應基團與抗體或抗原蛋白質(zhì)結合，形成染料蛋白質(zhì)結合物，而這一過程通常是由共價結合來完成的。蛋白質(zhì)分子中往往含有眾多反應基團，如10.3.1納米羥基磷灰石生物陶瓷材料

納米羥基磷灰石粒子由于顆粒尺寸的細微化，比表面積急劇增加等特點，具有和普通羥基磷灰石粒子不同的理化性能，如溶解度較高，表面能更大，生物活性更好等。目前，對納米羥基磷灰石的應用研究包括：硬組織修復材料、獨特的抗腫瘤材料、藥物/蛋白質(zhì)/基因載體等。力學性能

由于HA生物陶瓷脆性高、抗折強度低,目前僅能應用于非承載的小型種植體,如人工齒根、耳骨、充填骨缺損等,而不能在受載場合下應用。HA的晶粒越細,其生物活性越高,骨植入人體的扭轉(zhuǎn)模量、拉伸模量和拉伸強度就越高,疲勞抗力也相應提高。

隨著晶粒尺寸的減小,羥基磷灰石陶瓷的硬度和彈性模量均有所上升。當HAP的晶粒尺寸從2μm降至800nm后,硬度和彈性模量分別增加了46.9%和23.4%（如圖7-4所示）。

羥基磷灰石陶瓷力學性能提高的原因,主要有兩方面:①晶粒細化可以產(chǎn)生更多的晶界,使位錯運動的阻力增大,從而提高材料的硬度和彈性模量;②隨著晶粒尺寸的減小,晶格常數(shù)發(fā)生變化,產(chǎn)生晶格畸變,使納米陶瓷內(nèi)部形成顯微應力,阻礙位錯的運動,從而導致羥基磷灰石納米陶瓷的硬度和彈性模量提高。（a）（b）圖7-4不同晶粒尺寸羥基磷灰石陶瓷的硬度與彈性模量隨位移的變化治療癌癥和腫瘤

研究發(fā)現(xiàn),羥基磷灰石(HA)納米顆粒對癌細胞有一定的抑制作用。我國學者對HAP微粒抑癌作用進行的研究發(fā)現(xiàn)納米HAP材料要殺死癌細胞、不傷害正常細胞必須具備兩個條件:1)納米粒子必須在一定的尺度范圍內(nèi),即20～100nm之間;2)納米材料具有分散性。藥物載體

納米藥物載體是以納米顆粒作為藥物和基因的載體，將藥物、DNA和RNA等基因治療分子包裹在納米顆粒之中或吸附在其表面，同時也在顆粒表面偶聯(lián)特異性的靶向分子，如特異性配體、單克隆抗體等，通過靶向分子與細胞表面特異性受體結合，在細胞攝粒作用下進入細胞內(nèi)，實現(xiàn)安全有效的靶向性藥物和基因治療。

羥基磷灰石作為藥物載體系統(tǒng)能提高藥物在生物膜中的透過性,有利于藥物透皮吸收并發(fā)揮在細胞內(nèi)的藥效。首先,納米羥基磷灰石具有很大的比表面,因而有很強的吸附和承載能力；其次,納米羥基磷灰石作為藥物載體十分安全,因為其與人或動物的骨骼、牙齒成分相同,且不為胃腸液所溶解,在釋放藥物后可降解吸收或全部隨糞便排出；另外納米羥基磷灰石在生成過程中很方便引入放射性元素,可用于癌細胞的滅活。10.3.2納米TiO2顆粒及其應用

納米TiO2由于粒徑極小、比表面積大，具有良好的紫外線屏蔽作用、奇特的顏色效應等，同時由于其很好的生物相容性、穩(wěn)定性、光敏、氣敏、濕敏、壓敏等特性和環(huán)境無毒害性，已被廣泛應用于污水處理、化妝品防曬劑、殺菌材料、光電轉(zhuǎn)換材料、光防腐涂層、紅外反射和吸收材料等。

納米TiO2的結構是由納米顆粒、納米尺寸的骨架結構和納米孔洞均勻無規(guī)排列而成。納米尺寸的骨架結構連接著所有的晶粒，同時這些晶粒和骨架一起包圍著許多納米孔洞，形成巨大的網(wǎng)絡結構。光催化殺菌

納米TiO2光催化氧化殺滅微生物的原理是基于自身的半導體光催化特性。因為光生空穴及生成的活性氧類都有很強的氧化能力，可能通過顆粒表面結合的羥基(如顆粒表面俘獲的空穴)等間接或在價帶空穴被俘獲前直接發(fā)生氧化，所以存在光生電子-空穴抗菌和活性氧抗菌兩種抗菌機理。光催化廢水處理

納米TiO2光催化作用以其強勁的氧化能力可以分解破壞許多有機物。至今，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有3000多種難降解的有機化合物可以在紫外光照射下被TiO2迅速降解，尤其是在對高濃度和難生化降解的有機物廢水的處理方面，這種光催化降解技術具有更加明顯的優(yōu)勢。生物傳感器

生物傳感器是一種探測單個活細胞的傳感器，探頭尺寸僅為納米量級，可以探知細胞中可能導致腫瘤的早期DNA損傷，此外還可用于探測基因表達和靶細胞的蛋白生成以便用于篩選微量藥物，從而確定那種藥物能最有效的阻止細胞內(nèi)致病蛋白的活動。

生物傳感器的原理是使待測物質(zhì)經(jīng)擴散作用進入生物活性材料，然后通過分子識別發(fā)生生物學反應，產(chǎn)生的信號經(jīng)過相關的物理或化學換能器轉(zhuǎn)變成定量和可以處理的電信號，最后經(jīng)二次放大和輸出，就可以知道待測物濃度。

在生物傳感器制備過程中，選擇適宜的材料用于蛋白質(zhì)/酶的固定化是一個關鍵性的步驟。納米粒子由于其與大分子接近的尺寸，可作為氧化還原蛋白質(zhì)與裸電極材料之間的傳輸通道。而且他們具有很高的比表面積，同時能夠給蛋白質(zhì)分子更自由的取向，為蛋白質(zhì)的直接電子傳遞構筑更適合的方式，使其電活性中心更靠近導電性的電極表面。所以，納米材料不僅可以為蛋白質(zhì)的組裝提供一個友好的平臺，還能極大地促進蛋白分子與電極之間的電子傳遞過程。由于納米Ti02具有很高的比表面積，穩(wěn)定的化學性質(zhì)，高度的生物相容性，其十分適宜于蛋白質(zhì)或者酶的固定。10.3.3納米氧化硅微粒在細胞分離中的應用

生物細胞分離是生物細胞研究中的一個重要技術,它關系到能否快速獲得所研究的細胞標本。經(jīng)典的基于細胞物理性質(zhì)的離心分離法存在費時、效果差的缺陷,因而自20世紀80年代初,人們就開始利用SiO2納米微粒進行細胞分離。

SiO2納米微粒屬無機材料范疇,比表面積大,吸附性強,性能穩(wěn)定,一般不發(fā)生化學反應,不會污染細胞,既可以實現(xiàn)快速高效制備細胞標本,又容易使細胞與SiO2微粒的分離。利用SiO2納米微粒實現(xiàn)細胞分離技術的一個關鍵就是如何制備得到粒徑為15～20nm,純度高,比表面積大,吸附性好,結構為無定型的SiO2納米微粒?！?0.4納米生物復合材料

納米復合材料是由各種納米單元之間或與基體材料以各種方式復合成型的一種新型復合材料。

納米復合材料包括三種形式,即由兩種以上納米尺寸的粒子進行復合或兩種以上厚薄不同的薄膜交替疊迭或納米粒子和薄膜復合的復合材料。從材料學觀點來講,生物體內(nèi)多數(shù)組織均可視為由各種基質(zhì)材料構成的復合材料,尤以無機-有機納米生物復合材料最為常見,如骨骼、牙齒等就是由羥基磷灰石納米晶體和有機高分子基質(zhì)等構成的納米生物復合材料。10.4.1納米羥基磷灰石生物復合材料納米HAP與天然有機物的復合材料

膠原（Col）是一種蛋白質(zhì)，組織相容性好，能促進細胞粘附、增殖，可被人體分解吸收，分解產(chǎn)物無副作用，具有弱抗原性，是天然骨的主要成分之一，但是其強度較低且容易變形。人工nHAP/Col復合材料的制備在一定程度上模擬了天然的礦化過程,稱為生物仿生的制備方法。納米HAP與人工合成有機物的復合材料

人工合成的有機物具有良好的力學性能,通過將人工合成的有機物與HAP復合,可以明顯提高HAP的力學強度和韌性。

彎曲測試表明：納米陶瓷/PLA復合材料的彎曲模量比起單純的PLA普遍高出1～2個數(shù)量級（表7-1）。彎曲模量（MPa）純PLA所用陶瓷陶瓷/PLA(wt%)30/7040/6050/5060±3納米HAP160±30890±70980±60普通HAP150±10250±50570±60納米氧化鋁630±801750±1303520±180普通氧化鋁700±40590±80750±80納米二氧化鈦200±701470±901960±250普通二氧化鈦230±20500±60870±30表7-1陶瓷/PLA復合材料的彎曲模量10.4.2基于碳納米管的納米生物材料

碳納米管（CarbonNanotube），是一種具有特殊結構(徑向尺為納米量級，軸向尺寸為微米量級，管子兩端基本上都封口)的新型納米材料。如圖7-5所示，它是由碳六元環(huán)構成的類石墨平面卷曲而成的納米級中空管，其中每個碳原子通過sp2雜化與周圍3個碳原子發(fā)生完全鍵合。圖7-5碳納米管

碳納米管具有巨大的比表面積,許多有機(包括生物分子)或無機分子可以共價或非共價地結合于碳納米管的表面,對碳納米管進行表面修飾或功能化。功能化的碳納米管可以獲得原始狀態(tài)的碳管所沒有的性質(zhì),包括使碳納米管在介質(zhì)中的分散程度和溶解性得到提高、阻止蛋白分子的非特異性吸附、能夠識別和結合特定的生物分子等。

以表面活性劑Triton潤濕單壁碳納米管（SWNT）后，可以大大增加SWNT對聚乙二醇(對蛋白質(zhì)有阻止效應)的吸收，從而有效阻止抗生物素蛋白鏈霉素(streptavidin)在碳管表面的非特異吸附，如圖7-6所示，未處理的SWNT周圍吸附了大量抗生物素蛋白鏈霉素，而經(jīng)Triton和PEG修飾后SWNT不再吸附抗生物素蛋白鏈霉素圖7-6SWNT在抗生物素蛋白鏈霉素溶液中的AFM照片（a中SWNT未經(jīng)處理；b中SWNT經(jīng)Triton和PEG修飾；兩幅圖大小均為0.5×1μm）

10.4.3磁性納米生物復合材料

磁性納米材料具有良好的磁導向性、較好的生物相容性、生物降解性和活性能基團等特點,它可結合各種功能分子,如酶、抗體、細胞、DNA或RNA等,因而在靶向藥物、控制釋放、酶的固定化、免疫測定、DNA和細胞的分離與分類等領域可望有廣泛的應用。磁性納米復合材料在細胞分離方面的應用

與傳統(tǒng)的細胞分離技術相比，磁性分離技術的優(yōu)點在于：被標記物容易在外加磁場作用下分離，并且分離過程不需要復雜的裝置，在普通的磁性分離柱中即可實現(xiàn)。

采用磁性分離技術不僅可用于細胞的分離，還可用于蛋白的提純及核酸、DNA等生物分子的分離等方面。磁性納米復合材料在神經(jīng)干細胞移植研究領域的應用

神經(jīng)干細胞是具有多向分化潛能的細胞,植入機體可以分化為多種類型神經(jīng)細胞,如神經(jīng)、少突膠質(zhì)細胞等，已經(jīng)用于腦卒中、脊髓損傷、帕金森病的實驗及臨床研究。磁性納米粒子解決了神經(jīng)干細胞在活體內(nèi)示蹤這一難題。目前合成的一種含氧化鐵的多能磁性聚酯體可以對干細胞標記,并將標記的細胞移植到脫髓鞘動物模型的中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)。這種標記物可以標記哺乳類動物細胞,包括人類的神經(jīng)干細胞和間質(zhì)干細胞,磁性氧化鐵納米粒子通過非特異性膜表面吸收過程進入細胞內(nèi),標記細胞的增殖、分化能力不受影響?！?0.5納米組織工程支架材料

組織工程是運用工程科學與生命科學的基本原理和方法，研究與開發(fā)生物體替代物來恢復、維持和改進組織功能的一個學科。其基本思路是首先在體外分離、培養(yǎng)細胞，然后將一定量的細胞種植到具有一定形狀的三維生物材料支架上，并加以持續(xù)培養(yǎng)，最終形成具有一定結構的組織和器官。

組織工程支架材料的主要作用有三個：

①提供一個有利于細胞黏附、增殖、分化及生長的三維支架式外環(huán)境,并能為細胞提供結合位點,誘發(fā)生物反應,誘導基因的正常表達和細胞的正常生長,起到傳遞“生物信號”的作用;②作為營養(yǎng)物質(zhì)、氧氣和生物活性物質(zhì)(如生長因子)的載體,能儲藏、運輸這些物質(zhì),排泄代謝廢物,并在組織生長形成過程中不斷降解、被機體吸收利用且可調(diào)節(jié)細胞的生理功能,進行免疫保護;③具有一定力學性能,具有一定形貌、結構和尺寸的三維支架材料能夠傳遞應力且能精確控制再生組織的形態(tài)結構和尺寸,引導組織按預定形態(tài)生長。

由于納米材料具有其他傳統(tǒng)材料難以匹敵的特異性能，近年來在組織工程領域的應用正成為新的研究熱點。10.5.1納米纖維組織工程支架

具有三維納米纖維結構的支架能最大限度地模仿天然細胞外基質(zhì)（ECM）的結構,進而具備生物功能,實現(xiàn)與肌體組織的完全整合。因此,仿生組織工程支架的設計與構建必須由納米纖維來實現(xiàn)。

與其它納米材料相同，納米纖維支架材料也存在尺寸效應和表面(界面)效應,這兩個特性使納米支架材料更能有效地誘導細胞生長和組織再生,因而在性能上與具有相同組成的微米級支架材料存在非常顯著的差異。靜電紡絲

靜電紡絲技術由Formhals于1934年提出，其原理是利用外加電場力使聚合物溶液或熔體克服表面張力在紡絲噴頭毛細管尖端形成射流，當電場強度足夠高時，在靜電斥力、和表面張力的共同作用下，聚合物射流沿不穩(wěn)定的螺旋軌跡彎曲運動，在幾十毫秒內(nèi)被牽伸千萬倍，隨溶劑揮發(fā)，射流固化形成亞微米至納米級超細纖維。

目前，靜電紡已經(jīng)被廣泛應用在組織工程研究的各個領域。與其它組織工程支架制備技術相比，靜電紡技術主要有以下幾個特點：①能夠制備直徑與天然ECM(相近的連續(xù)超細纖維，因而支架可以最大程度地仿生人體內(nèi)ECM結構；②能夠簡捷地制備各種聚合物支架，支架材料可以是單一的聚合物，也可以是多種聚合物的復合體，并可以在支架中引入無機粒子(如羥基磷灰石等)、生長因子、細胞調(diào)控因子甚至活細胞；③制備的支架具有較高的孔隙率和較好的孔道連通。通過調(diào)節(jié)加工參數(shù)，電紡納米纖維的孔隙率可達90%左右，能夠滿足細胞生長對材料孔隙率的要求，由納米纖維層層堆積而成的結構也確保了支架具有良好的孔道連通性。此外，納米纖維具有極大的比表面積。這些都為細胞的生存提供了良好的微環(huán)境，有利于細胞的粘附、分化、增殖和分泌ECM；④通過選擇適當?shù)牟牧虾图庸?shù)，可以獲得降解率可控的納米纖維支架，并能對材料表面進行理化修飾，提高支架的生物相容性；⑤通過調(diào)節(jié)溶液濃度、紡絲參數(shù)等可以很好控制支架的厚度、三維結構和力學性能。自組裝技術

自組裝是在沒有人為干擾的條件下由組元的自主裝配形成的一種相對穩(wěn)定的系統(tǒng)或結構。靜電紡絲所獲得的纖維支架其纖維直徑都在幾十到幾百納米的超納米尺度,遠未達到細胞能感知的極限納米尺度(10nm)。自組裝技術可獲得直徑小于10nm的纖維及其三維纖維支架。細菌纖維素

細菌纖維素（Bacterialcellulose,BC）植物纖維素相似，都是由吡喃型葡萄糖單體（β-D-葡萄糖）通過β-1,4-糖苷鍵連接而形成的一種無分支、大分子直鏈聚合物，直鏈之間彼此平行，不呈螺旋構象，無分支結構。細菌纖維素的彈性模量為一般植物纖維素的數(shù)倍至10倍以上,并且抗拉強度高;此外,細菌纖維素有很強的持水能力,良好的生物可降解性,具有作為生物醫(yī)用材料最適宜的微孔徑,其分布量大,而且含有豐富的納米孔隙,這些特點賦予材料以較好的滲透性,適于營養(yǎng)物質(zhì)、生