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  支架是骨組織工程的重要組成部分，其關鍵功能是在缺陷部位提供臨時的機械支撐，并為細胞生長提供合適的環境。隨著人工骨支架的深入研究，在滿足可降解性和生物相容性等基本要求的同時，如何提升支架機械性能、賦予其骨誘導性同時構建低密度多孔結構成為骨支架研究的重點。基于此，天津工業大學李婷婷副教授與臺灣逢甲大學林佳弘特聘教授和臺灣亞洲大學樓靜文特聘教授合作， 在凹凸不平的PVA/PLA編帶表面采用超聲電沉積法制備羥基磷灰石涂層，擴展了紡織結構在骨組織工程領域的應用，取得了系列研究成果（Journal of Materials Science (2019)；Materials Science and Engineering: C 105 (2019) 110062. Nanomaterials 9(5) (2019) 679.）基于前期研究成果，研究團隊提出使用殼聚糖（CS）、聚乙烯醇（PVA）和聚乳酸（PLA）等材料，利用紡織結構和冷凍干燥技術構建出一種具有分級孔隙的芯-殼支架。并在此基礎上改進其性能，制備出一種既滿足力學性能要求，又擁有骨誘導能力，同時具備良好細胞相容性的可降解骨支架。以上研究成果以“Two-step strategy for constructing hierarchical pore structured chitosan–hydroxyapatite composite scaffolds for bone tissue engineering”為題發表在期刊Carbohydrate Polymers上。

  文章通過生物可降解PVA/PLA復合紗線制成了中空的復合編帶，將CS溶液注入編帶，將編制結構和冷凍干燥出的多孔海綿結構結合，制備出一種芯-殼結構的骨支架。用生物陶瓷HA混入CS中，通過改變其含量(0-2%)，制備CS/HA-PVA/PLA編帶支架。通過低溫等離子體（CAP）處理，經由兩步法獲得了分級孔隙骨支架。 

圖1 (1) CS / 1.0wt%HA核-殼結構凍干骨支架的芯部 SEM 圖和孔徑分析；(2) 芯-殼結構凍干骨支架表面 SEM 圖：(a)  純 CS；(b) 0.5wt%HA；(c)  1.0wt%HA；(d) 2.0wt%HA

圖2(a-c) 壓縮測試；(a)應力-應變曲線，(b) 壓縮強度，(c) 壓縮模量

圖3（a-b）CAP 處理前后骨支架浸泡 SBF 10 天后 SEM 圖：(a) 純CS；(b) CS/1.0wt% HA ；(c) CS（CAP）；(d)  CS/1.0wt% HA(CAP）

  在 CAP 處理和添加 HA 顆粒后，支架的表面析出HA晶體更多更均勻，形成了大且完整的 HA 晶球顆粒。表明分級孔隙結構對于骨支架的體外礦化能力有良好的提升作用，小于10μm 的微孔擁有更高的粗糙度，可以為 HA 晶體的析出提供更好的形成環境。

圖4 (1) 在支架上培養 3 天的 MC3T3-E1 細胞形態的 SEM 顯微照片：（a-c） CS / HA；（d-f） CS / HA（CAP ）；(2) 用 MTT 法檢測 MC3T3-E1 細胞在支架上 3 天和 5 天的存活率

  CAP 處理后，多級孔隙結構骨支架的細胞存活率顯著提高。5 天時，CAP 處理后的 CS/1.0wt% HA 支架細胞存活率大幅上升至 277.6%，通過SEM觀察細胞形態，表明在純 CS 支架上進行生物陶瓷添加和等離子體處理可進一步增強細胞粘附。

  論文鏈接： https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2021.117765