静电纺丝之您想知道的系列——左旋聚乳酸(PLLA)

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目录：

1.PLLA材料的性质

2. PLLA纳米纤维在组织工程中的应用

3.静电纺丝PLLA实验参数

4.常见问题及解决方法

 

1.PLLA材料的性质

由于乳酸分子中有一个不对称的碳原子，具有旋光性，因此聚乳酸也分为右旋聚乳酸(PDLA)，左旋聚乳酸(PLLA)，外消旋聚乳酸(PDLLA)，非旋光性聚乳酸(Meso-PLA)。PLA是重要的生物可降解高分子材料，其特点是无毒、无刺激性、可生物降解吸收、强度高、可塑性好、易加工成型。降解周期为2~12个月。

 

图1 乳酸的对映体形式

 

2.PLLA纳米纤维在组织工程中的应用

因具有无毒、无刺激性、可生物降解吸收、强度高等特性，所以PLLA材料是最早被公认为适合组织工程的合成聚合物材料之一。其生产出的纳米纤维支架，可被用于特定的组织工程应用，包括骨骼、软骨、血管和皮肤组织再生等。

 

图2 PLLA支架在组织工程领域的应用图

 

（1）骨组织

在骨组织工程中，静电纺丝已被广泛用于制备纳米纤维支架，其结构接近于骨的纳米级胶原纤维。在实际的制备中，会结合表面改性来制备静电纺丝PLLA支架，以引导细胞分化为骨谱系并实现最佳的骨再生性能。

 

有研究团队通过成骨ECM的表面沉积成功将静电纺丝制备出的PLLA纳米纤维表面改性。然后，将这些支架用于检测小白鼠骨髓基质细胞在接种支架后的反应。结果表明，与纯PLLA纳米纤维相比，改性结构的矿物生长、ALP活性和细胞形态都处于最佳状态。

 

（2）软骨组织

尽管PLLA的纳米纤维支架已显示出对软骨修复的明显效果，但它们纤维细小的性质导致承重有限。

通过相分离结合致孔剂浸出制造的PLLA纳米纤维支架已被证明是各种体内和体外软骨修复的优选方案。这是由于这些支架的高孔隙率和互通性，以及它们良好的可降解特性。并且，适当大小的支架孔也改善了软骨的功能特性，从而为软骨组织的再生和修复问题提供了一些不一样的解决方向。

（3）血管组织

最近，有研究团队制作出用于血管组织工程的多层支架：使用PCL、胶原蛋白和PLLA纳米纤维分别用于模拟内膜、中膜和外膜。这些纳米纤维通过连续静电纺丝制成三层管状支架，并培养内皮细胞和平滑肌细胞进行生物活性评估。最后的评估实验结果表明，中间层的胶原蛋白明显改善了SMC的附着和增殖，并且内皮细胞增殖随着培养而明显增加，这表明了构建体的非细胞毒性。

 

（4）皮肤组织

在体外真皮的成纤维细胞培养中表明，与胶原海绵相比，混合支架诱导高细胞接种效率并改善了成纤维细胞的粘附和增殖。另一方面，体内伤口愈合评估表明，与胶原蛋白支架相比，混合支架的愈合更快、更有效。大多数情况下，PLLA、胶原蛋白和明胶经常被结合来制造纳米纤维支架，显示出与皮肤替代品相匹配的物理特性和生物学特性。

 

PLLA还被用于生产与天然皮肤结构非常相似的多层支架。有研究团队开发出一种新型双层支架，由表面壳聚糖/PCL纳米纤维垫和底层PLLA微孔盘组成。在这项工作中，角质形成细胞和成纤维细胞分别作为表皮等效物和真皮等效物进行培养。最终结果表明，双层支架中的细胞增殖高于单层CP-纳米垫和PLLA-微盘。此外，基因和蛋白质的评估表明伤口愈合活跃，再次证实双层支架可以为刺激皮肤再生提供合适的微环境。

图3 小孔径(125-250μm)的支架显著诱导人骨髓间充质干细胞体外软骨分

化，比大孔径(425-600μm)的支架更好地支持体内软骨形成。

 

引用：Capuana, E.; Lopresti, F.; Ceraulo, M.; La Carrubba, V. Poly-l-Lactic Acid (PLLA)-Based Biomaterials for Regenerative Medicine: A Review on Processing and Applications. Polymers 2022, 14, 1153. https://doi.org/10.3390/polym14061153

3.静电纺丝PLLA实验参数

3.1聚(L-丙交酯)/羟基磷灰石(PLLA/HA)纳米复合支架制备的实验参数

材料配置：将1克PLLA（特性粘度0.90-1.20dL/g）溶解在5mL二氯甲烷中，并在搅拌下将0.1g纳米HA粉末（粒径<200nm）分散在聚合物溶液中，获得的悬浮液转移到医用注射器中。

静电纺丝实验参数：正电压15kV、供液速度1.5mL/h、针头23G、纺丝距离15cm。

 

引用：Rainer A ,  Spadaccio C ,  Sedati P , et al. Electrospun Hydroxyapatite-Functionalized PLLA Scaffold: Potential Applications in Sternal Bone Healing[J]. Annals of Biomedical Engineering, 2011, 39(7):1882-1890.

 

3.2 PLLA/PCL取向纤维支架制备的实验参数

材料配置：PLLA 先溶解在氯仿中，然后溶解在二甲基甲酰胺（DMF）(4.25:0.75) 中，而 PCL 溶解在氯仿/DMF (8:2) 中。再将它们分别搅拌3小时，然后将聚合物溶液装入注射器中，通过在针和收集器之间施加正电压。溶液液滴离开针头形成纳米纤维，同时沉积。PLLA/PCL 的百分比为 47/53 wt%。针尖放置在距离收集器 15 cm处用于 PLLA 和 20 cm 处用于 PCL，同时以设置为 2800 rpm的线性速率旋转圆盘以收集平行的纳米纤维。

静电纺丝实验参数：塑料注射器 5ml，21号针头，正电压（PLLA为18 kV，PCL为24 kV）

引用：Mashhadikhan M, Soleimani M, Parivar K, Yaghmaei P. ADSCs on PLLA/PCL Hybrid Nanoscaffold and Gelatin Modification: Cytocompatibility and Mechanical Properties. Avicenna J Med Biotechnol. 2015 Jan-Mar;7(1):32-8. PMID: 25926950; PMCID: PMC4388888.

3.3 纯PLLA纳米纤维制备的实验参数

材料配置：将PLLA溶解于六氟异丙醇，质量分数范围8%~10%，20G（1/2 英寸，平口）不锈钢针头，针头接高压电源正极，接收辊筒接高压电源负极

静电纺丝实验参数：供液速度0.5~3mL/h（取决于采取何种静电纺丝工艺），辊筒转速300转/min，滑台行程20cm，纺丝电压正15kV，负5kV

 

4.常见问题及解决方法

（1）溶剂沸点较低，不能在高温下纺丝，避免溶剂挥发过快导致针尖堵塞。

（2）配液注意逐步添加颗粒或者粉体，防止颗粒团聚悬浮导致的溶解速度下降。