전도성 및 분해성 나노섬유 스캐폴드는 외부 전기장에서 세포 성장, 증식 및 분화를 촉진하는 데 큰 잠재력을 가지고 있습니다. 체액의 열등한 전기 전도도 문제가 여전히 존재하지만 PANI(폴리아닐린) 기반 분해성 나노 섬유는 세포 접착, 성장 및 증식을 촉진할 수 있습니다. 그 효과가 PANI 형태에 의한 것인지 여부를 조사하기 위해 PANI in situ 산화 중합 과정에서 도펀트로 세 가지 무기산(염산, 황산 및 과염소산)을 선택했습니다. 얻어진 폴리아닐린/폴리락트산(PANI/PLA) 복합 나노섬유를 SEM, FTIR, XPS 분석을 통해 특성화한 결과, PLA 나노섬유의 다공성 구조 변화 없이 PANI에 의해 PLA 나노섬유가 성공적으로 코팅되었음을 확인하였다. 시험관 내 기계적 특성 및 분해성은 산성 도펀트의 산화를 고려해야 하며 PLA 나노섬유에 더 높은 산화 분해 효과를 가질 가능성이 있음을 나타냅니다. 접촉각 테스트는 표면 형태가 다른 PANI/PLA 복합 나노섬유가 우수한 습윤성을 갖는 것으로 나타났으며, 이는 이들이 뼈 조직 공학 스캐폴드의 요구 사항을 충족함을 의미합니다. 표면 거칠기와 세포 생존력은 표면의 다양한 PANI 형태가 세포 증식을 촉진할 수 있음을 보여주었습니다. PANI의 표면 거칠기가 높을수록 생체 적합성이 좋습니다. 결과적으로, 다양한 산 도핑을 통한 PANI/PLA 복합 나노섬유의 조절된 표면 형태는 조직 공학에서 생체 적합성에 긍정적인 영향을 미칩니다.
세포외 기질(ECM)은 세포에서 세포외 기질로 분비되는 일종의 거대분자 네트워크입니다. 세포, 조직, 장기의 기초를 나타내며 장기를 동반하며 복잡한 격자 구조를 특징으로 한다[1, 2]. 또한 세포의 형태를 결정하고 분화를 조절하고 이동과 대사에 참여하여 궁극적으로 세포의 생존, 성장 및 사멸에 영향을 미치는 세포의 생존 및 활동에 적합한 부위를 제공합니다[3, 4]. 전기방사 나노섬유는 높은 비표면적, 적절한 기계적 특성 및 생분해성으로 인해 세포 거동을 조절하기 위해 세포외 기질의 작용을 시뮬레이션할 수 있습니다. 또한, 전기방사 나노섬유는 다공성 구조를 유지하기 위한 표면 개질에 의해 다기능성을 가질 수 있다. 따라서 전기방사 나노섬유는 약물전달, 정형외과적 재생, 신경재생, 수복 등에 널리 응용되고 있는 조직공학의 유망한 후보물질이 되었다[5,6,7,8,9,10].
전도성 고분자(예:폴리피롤[PPy], 폴리티오펜[PTH], 폴리아닐린[PANI])는 시험관 내 및 생체 내 생체 적합성이 우수하여 세포 접착, 증식 및 분화와 조직 재생에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다[11,12 ,13]. 이러한 전도성 고분자 중 PANI는 우수한 가공성, 우수한 전도성, 우수한 산화환원 안정성 및 생체 적합성으로 인해 조직 공학 및 재생 의학의 잠재적 재료로 간주됩니다[14, 15]. 전기 자극 하에서 PANI는 세포 접착, 증식, 이동 및 분화를 조절할 수 있습니다[16, 17]. 실제로 많은 보고서에서 PANI 기반 전도성 분해성 복합 나노섬유가 전기장에서 세포 거동을 촉진한다고 결론지었습니다[18,19,20,21]. 그러나 이것은 생리학적 환경(pH =7.4)에서 PANI의 전도도가 PANI가 탈도핑되어 약해진다는 중요한 문제를 수반하며, 이는 이전 연구에서 입증된 바와 같이 세포 증식 및 분화 촉진의 전기적 활성 이점을 감소시킵니다[22] . 이것은 외부 전기 자극 하에서 뼈 조직 공학에서 PANI 기반 전도성 분해성 나노섬유의 한계를 분명히 나타내지만 여전히 상당한 정도로 세포 증식과 성장을 촉진할 수 있습니다[23, 24]. 여기에서 우리는 PANI의 표면 형태가 복합 나노섬유의 거칠기를 증가시켜 세포 접착, 성장 및 증식에 도움이 된다고 추측했습니다.
무기산으로 도핑된 폴리아닐린은 일반적으로 전기 전도성이 좋습니다. 그러나 다양한 무기산 도펀트에 의해 도입된 음이온은 폴리아닐린의 전도도와 구조에 영향을 미칩니다[25,26,27]. 이 논문에서 세 가지 일반적인 무기산, 즉 염산(HCl, HA), 황산(H2 SO4 , SA) 및 과염소산(HClO4 , PA)는 현장 산화 중합에서 PANI의 도펀트로 선택되었습니다. 그런 다음, PANI/PLA(폴리락트산) 나노섬유의 기계적 특성, 습윤성, 표면 형태, 생체 적합성 및 세포 접착을 다양한 산성 도펀트에서 조사했습니다. 그 결과, PANI의 표면 거칠기가 높을수록 세포 증식이 잘 되어 생체 적합성이 더 좋은 것으로 나타났습니다.
아닐린(AN)은 PLA, Sigma(M w =60,000)은 Solarbio에서, 디클로로메탄(DCM)은 Tianjin Fuyu Fine Chemical Co., Ltd.에서, N,N-디메틸포름아미드(DMF)는 Macklin에서 구입했습니다. 한편, 과황산암모늄(APS)은 Aladdin, HCl 및 H2에서 구입했습니다. SO4 Guangzhou Chemical Co., Ltd. 및 HClO4에서 구입했습니다. Macklin에서 구입했습니다.
DCM과 DMF(부피비 7:3)의 혼합 용액에 특정 질량의 PLA 입자를 첨가하여 용해될 때까지 교반하여 10% PLA의 혼합 용액을 얻었다. 그런 다음 PLA 용액을 주사기에 분배하고 고전압 전원에 연결했습니다. 전기방사기(DP-30, Tianjin Yunfan Technology Co., Ltd.)는 15kV의 전압과 15cm의 거리로 설정되었습니다. 얻어진 PLA 나노섬유를 40°C에서 밤새 진공 건조하였다.
PLA 나노섬유를 플라즈마 세정기 챔버(PCE-6, MTI Corporation, USA)에 넣고 30W RF 전력에서 2분간 방전시켰다. 이 논문에서 세 가지 일반적인 무기산, 즉 HCl, H2 SO4 및 HClO4 , 는 PANI/PLA 나노섬유 제조에서 제자리 산화 중합을 위한 도펀트로 사용되었으며[24], 해당 PANI 나노섬유는 각각 PANI-HA, PANI-SA 및 PANI-PA로 표시되었고, PANI/PLA는 나노복합 나노섬유는 각각 PANI/PLA-HA, PANI/PLA-SA 및 PANI/PLA-PA로 표시되었다. PLA 및 PANI/PLA 복합 나노섬유의 제조 과정은 그림 1과 같다.
<그림>
PLA 및 PANI/PLA 복합 나노섬유의 제조 과정을 나타내는 개략도
PANI/PLA 나노복합체 나노섬유는 ice-bath 조건에서 제조되었다[16, 28]. APS 및 AN을 1:1의 몰비로 1M 산성 용액에 첨가하였다. 여기에서는 PANI/PLA 나노섬유의 준비 과정을 설명하기 위해 HCl을 예로 들어 설명합니다. 빙욕 조건 하에, AN(930 mg, 0.01 mol)을 APS(2,280 mg, 0.01 mol)에 적가하고 50 mL의 1 M HCl에 용해시켰다. 즉시 플라즈마 처리된 PLA 나노섬유막을 용액에 담그고 0℃에서 2시간 동안 교반하였다. 반응 후 PLA 나노섬유 막을 HCl과 에탄올로 여러 번 세척하여 부착되지 않은 PANI를 제거한 후 40°C에서 밤새 건조하여 PANI/PLA-HA 나노섬유를 얻었으며 나중에 사용하기 위해 따로 보관했습니다. PANI/PLA-SA 및 PANI/PLA-PA 복합 나노섬유는 유사한 접근법에 따라 얻었다.
PLA 나노섬유 및 PANI/PLA 복합 나노섬유에 대한 단축 인장 시험은 변형률-응력 시험(Shimadzu AGX-PLUS, Japan)을 통해 수행되었다. 이때 시편은 3mm/min의 일정한 인장속도를 유지하면서 아령모양으로 절단하였다. Young's modulus는 응력-변형 곡선의 0-15% 변형 선형 영역에서 계산되었으며 곡선의 인장 강도와 파괴 인장률은 나노섬유 멤브레인의 파괴에서 결정되었습니다.
나노섬유 지지체의 형태는 다른 무기산으로 도핑된 PANI의 다른 형태를 관찰하기 위해 전계 방출 주사 전자 현미경(FE-SEM)(Hitachi-SU8220, Japan)을 통해 특성화되었습니다. SEM 관찰에 앞서 나노섬유 샘플에 금을 60초 동안 분사하여 형태를 보다 명확하게 관찰할 수 있도록 했습니다. 한편, PANI/PLA 복합 나노섬유의 표면 거칠기는 원자간력현미경(AFM, Bruker Dimension Edge)을 이용하여 측정하였다. PLA 나노섬유에 PANI가 완전히 로딩되었는지 확인하기 위해 푸리에 변환 적외선 분광법(FTIR)(Thermo Nicolet iS50)을 사용하여 2000 ~ 500cm −1 의 파장 변화를 측정했습니다. . X선 광전자 분광법(XPS; Thermo ESCALAB 250)과 Al-Kα를 X선 방출원으로 사용하여 PANI/PLA 나노섬유의 표면 조성을 추가로 결정했으며, 이들의 습윤성은 접촉각으로 측정했습니다. 접촉각 분석을 통한 주변 온도의 물방울(OCA 15 plus, 독일). 나노섬유의 열화는 질량 손실 방법을 사용하여 평가되었다[29, 30]. 나노섬유 막을 16mm 디스크로 절단하고 pH 7.4의 인산염 완충 식염수(PBS) 20mL에 넣고 지지체를 37°C에서 7, 14, 21일 동안 인큐베이션하고 일정한 중량으로 건조했습니다. .
이 논문에서 PANI/PLA 복합 나노섬유 지지체의 생체적합성은 인간 골육종(HOS) 세포 활성 실험에 의해 특성화되었습니다. HOS 세포는 상하이 중국과학원의 세포 은행에서 구입했습니다. HOS 세포를 10% 소 태아 혈청, 100U/mL 페니실린 및 100U/mL 스트렙토마이신을 함유한 저포도당 둘베코 변형 독수리 배지(DMEM)에서 배양한 후 37°C 및 5% CO2에서 배양하였다. . 세포 성장이 90%의 융합도에 도달했을 때 세포를 1:3의 비율로 계대했습니다.
HOS 세포는 세포 증식 테스트 전에 PANI/PLA 나노섬유에 시드되어야 했습니다. 여기에서 나노섬유는 30분 동안 UV를 통해, 30분 동안 75% 에탄올 용액을 통해 멸균되기 전에 플레이트의 바닥을 완전히 덮도록 96-웰 플레이트에 배치되었습니다. 그런 다음 PBS로 세척했습니다. 그런 다음 나노섬유에 1 × 10 4 well 밀도, blank group과 control group을 동시에 설정하였다. 그런 다음 세포를 37°C의 세포 배양기에서 1, 3, 5일 동안 배양했으며 배지는 2일마다 새로 교체했습니다.
PANI/PLA 나노섬유의 세포 생존력은 3-(4,5-디메틸-2-티아졸릴)-2,5-디페닐-2-H-테트라졸륨 브로마이드(MTT) 분석을 사용하여 평가되었습니다. 1일, 3일 및 5일 인큐베이션 후, 배지를 96-웰 플레이트에서 제거하고 PBS로 3회 세척한 후 10% 5 mg/mL MTT를 함유하는 1-mL DMEM을 첨가하였다. 그런 다음 배지를 37°C에서 4시간 동안 인큐베이션한 다음 DMSO를 첨가하여 메틸프레드니솔론을 용해시키기 전에 제거했습니다. 배지를 10분간 진동시킨 후 흡광도를 측정하였다(BioTek Synergy HTX, USA).
HOS 세포를 PANI/PLA 나노섬유 인큐베이터에서 24시간 동안 인큐베이션하고 PBS로 3회 세척하였다. 그런 다음, 세포를 실온에서 10분 동안 4% 파라포름알데히드로 고정하였다. 고정된 세포를 PBS로 3회(매회 10분) 세척하고 100 nM FITC-표지된 펩타이드 10μL를 첨가한 후 세포를 실온에서 30분 동안 인큐베이션한 후 PBS로 3회(매회 5분) 세척하였다. ). HOS 세포의 세포외 액틴을 염색하고 공초점 현미경(Type A1, Nikon, Japan)을 사용하여 20 X 배율에서 세포 염색을 관찰했습니다.
PANI/PLA 복합 나노섬유 스캐폴드에서 HOS 세포의 접착은 SEM을 통해 관찰되었습니다. 여기에서 24시간 PANI/PLA 나노섬유 HOS 세포 배양 후 배양액을 제거하고 PBS로 3회 세척한 후 4% PFA를 첨가하였다. 배지를 4℃에서 밤새 고정하고, PBS로 3회 세척하고, 구배 에탄올 용액(각각 30%, 50%, 70%, 85%, 90% 및 100%; 각 회 20분)으로 탈수하고, 그런 다음 24시간 동안 동결 건조시켰다. SEM 관찰 전에 나노섬유에 백금을 120초 동안 분무하여 더 나은 관찰이 가능하도록 했습니다.
ALP는 알칼리성 포스파타제 효소 발현에 의존하는 일반적으로 사용되는 초기 조골 세포 분화 마커 중 하나입니다. 여기서 ALP 활성은 ALP Assay Kit(Beyotime Biotechnology, P0321S)를 사용하여 수행되었습니다. HOS 세포는 지정된 7일 동안 다른 PANI/PLA 복합 지지체에서 배양되었습니다. 세포는 0.1%(v/v) triton X-100과 함께 50μL의 Tris-HCl(0.1M, pH 8)을 사용하여 용해되었습니다. ALP 활성은 p의 농도를 정량화하여 분석됩니다. - p의 니트로페놀 -니트로페닐 포스페이트(PNPP), 이는 405 nm에서의 흡광도를 기록하여 추정됩니다. PANI/PLA 나노섬유를 따라 배양된 세포의 ALP 활성 백분율은 깨끗한 PLA 나노섬유에서 배양된 세포의 ALP 활성을 비교하여 계산됩니다.
결과의 통계적 유의성은 GraphPad Prism(버전 8.02)을 사용한 일원 분산 분석(ANOVA)을 통해 평가되었습니다. 여기에서는 서로 다른 PANI/PLA 복합 나노섬유 지지체 간의 기계적 특성, 시험관 내 생분해성 및 세포 생존율의 차이를 분석했습니다. 결과는 p일 때 유의미한 것으로 간주되었습니다. <0.05(*) 및 p일 때 매우 중요 <0.005(**).
조직 공학 스캐폴드의 기계적 특성은 스캐폴드가 유체 역학을 견딜 수 있는지 여부를 평가하는 중요한 지표입니다. 무기산의 존재는 PANI의 현장 화학적 산화 중합 공정에서 PANI/PLA 복합 나노섬유의 PLA 매트릭스의 물리적 및 화학적 특성에 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 무기산이 도핑된 PANI/PLA 복합 나노섬유의 기계적 특성에 대한 연구가 필요하다. 여기에서 PANI/PLA 복합 나노섬유의 기계적 물성은 그림 2와 같은 인장시험을 통해 평가되었으며, 응력-변형률, 영률, 인장강도, 파단신율 등을 포함한다. 그림 2a에서 보는 바와 같이 PLA 나노섬유는 선형 탄성거동을 보였으며, PANI/PLA-HA와 PANI/PLA-SA 복합나노섬유는 명확한 항복거동을 보인 반면, PANI/PLA-PA 복합나노섬유는 탄성변형 직후 끊어졌다. . PANI/PLA 복합 나노섬유의 영률(그림 2b)은 PLA 나노섬유보다 높았다. PLA에 비해 PANI/PLA-HA, PANI/PLA-SA, PANI/PLA-PA의 탄성계수 증가는 각각 53.5 ± 9.09, 60.00 ± 9.47, 28.43 ± 8.34 MPa였다. 인장강도(그림 2c)와 파단인장비(그림 2d)에서 PANI/PLA-HA와 PANI/PLA-PA는 감소한 반면 PANI/PLA-SA는 약간 증가하였다. PANI/PLA-PA의 인장강도 및 파단신율이 가장 낮았다. PLA 나노섬유와 비교하여 PANI/PLA-HA 및 PANI/PLA-PA의 인장강도는 각각 0.15 ± 0.01 및 0.64 ± 0.03 MPa 감소한 반면 PANI/PLA-SA의 인장강도는 0.13 ± 0.05 증가하였다. PANI/PLA-HA 및 PANI/PLA-PA의 파단신율은 각각 16.93 ± 1.38% 및 35.42 ± 3.94% 감소한 반면, PANI/PLA-SA는 3.32 ± 0.13% 증가했습니다.
<그림>
PLA 나노섬유 및 PANI/PLA 복합 나노섬유의 기계적 특성. 아 대표적인 인장 응력-변형률 곡선, b 영률, c 파단 인장 강도, d 파단신율
도 2에 도시된 바와 같이, 선택된 무기산은 PANI 코팅의 연결을 통해 PLA 나노섬유의 탄성 계수를 증가시킬 수 있다. 인장강도 및 파단신율 면에서 PLA 나노섬유에 비해 PANI/PLA-HA와 PANI/PLA-SA의 기계적 물성은 정도가 다른 반면, PANI/PLA-PA의 기계적 물성은 가장 뚜렷하게 감소하였고, 시험 중 응력이 가해짐에 따라 5초 이내에 골절이 발생했습니다. 이러한 결과는 HClO4의 산화로 인한 것일 수 있습니다. , 이는 PLA 분자 사슬에서 에스테르 결합의 절단과 카르복실기의 산화 분해를 초래하여 결과적으로 열등한 기계적 특성을 초래합니다 [31]. 한편, PANI/PLA-HA 및 PANI/PLA-SA의 다른 기계적 특성은 HCl 및 H2에 의해 도핑된 PANI의 다른 밀도와 관련될 수 있습니다. SO4 , 반응 과정에서 APS의 도입은 PLA 나노섬유에 약간의 영향을 미칠 수 있지만 이러한 요인의 포괄적인 효과는 서로 다른 기계적 특성을 나타냅니다[32].
세포 접착, 증식 및 분화는 일반적으로 세포 접착에 도움이 되는 거친 표면을 갖는 형태에 의해 영향을 받습니다[33]. PLA 나노섬유의 소수성은 PANI의 균일한 중합이 장벽을 제공하는 반면 PLA 나노섬유를 플라즈마로 표면 처리하면 습윤성을 크게 향상시킬 수 있음을 의미합니다[34]. 다양한 무기산 도펀트를 사용한 PANI 기반 제자리 중합 후 균일한 표면 증착을 갖는 PANI/PLA 복합 나노섬유가 얻어졌습니다.
다른 PANI/PLA 섬유 표면의 PANI 형태는 FE-SEM을 통해 관찰되었습니다(그림 3). 그림은 PLA 나노섬유의 표면이 많은 불규칙한 나노입자로 덮여 있고 무기산으로 도핑된 PANI/PLA 복합 나노섬유가 우수한 섬유 형태와 다공성 나노섬유 구조를 유지할 수 있음을 명확하게 보여줍니다. 형태 관찰은 PANI/PLA 복합 나노섬유가 세포 접착 및 증식의 기초를 제공하는 PANI로 성공적으로 로딩되었음을 보여주었다. 한편, AFM은 그림 4와 같이 PANI/PLA 복합 나노섬유의 표면 거칠기를 측정하기 위해 사용되었다. 각 샘플의 서로 다른 세 위치에서 표면 거칠기의 평균값인 Ra는 일반적으로 샘플의 표면 거칠기를 평가하는 데 사용된다. 또한, PANI/PLA 복합 나노섬유의 Ra가 PLA 나노섬유의 Ra보다 높았고, PANI/PLA-PA의 Ra가 가장 높았다. 이러한 표면 거칠기의 증가는 표면적과 극성을 가속화하여 잠재적으로 세포에 더 많은 성장 부위를 제공하고 세포 접착을 촉진합니다.
<그림>
a의 형태 PLA 나노섬유, b PANI/PLA-HA, c PANI/PLA-SA 및 d PANI/PLA-PA 복합 나노섬유
<그림>
a의 AFM 이미지 및 표면 거칠기(Ra) PLA 나노섬유, b PANI/PLA-HA, c PANI/PLA-SA 및 d PANI/PLA-PA 복합 나노섬유
세포 접착, 이동 및 증식은 스캐폴드의 습윤성에 의해 크게 영향을 받습니다[35, 36]. 일반적으로 젖음성은 지지체와 물 사이의 접촉각으로 평가됩니다. PLA가 소수성임을 감안할 때, 우리는 Fig. 5와 같이 1초 이내에 나노섬유 멤브레인 상의 물방울의 접촉각을 측정하였고, 처리 후 PANI/PLA 나노섬유의 접촉각은 현저히 감소하는 것을 발견하였다. PLA, PANI/PLA-HA, PANI/PLA-SA 및 PANI/PLA-PA의 해당 접촉각은 각각 112°, 61.6°, 36.7° 및 37.2°였습니다. PANI/PLA의 PANI 형태는 시스템의 표면 에너지를 증가시켰고, 물과의 초기 접촉에서 접촉 면적이 증가하여 접촉각이 감소하고 젖음성이 개선되었습니다. 복합나노섬유의 접촉각은 물과 5초 접촉 후 0°로 변화하여 우수한 친수성을 보였다. 이 친수성 스캐폴드는 PLA 표면의 산소 함유 작용기(예:-OH 및 -COOH)가 플라즈마 처리 후 나노섬유 표면에 더 많이 결합되기 때문에 세포 접착 및 확산에 유리한 조건을 제공했습니다. 형태와 산소 함유 작용기가 함께 작용하여 PANI/PLA 복합 나노섬유가 궁극적으로 완전히 젖도록 했습니다[38, 39].
<그림>
a의 접촉각 PLA 나노섬유, b PANI/PLA-HA, c PANI/PLA-SA 및 d PANI/PLA-PA 복합 나노섬유
다른 무기산으로 도핑된 순수 PANI 및 PANI/PLA 복합 나노섬유의 FTIR 스펙트럼은 그림 6에 나와 있습니다. 순수 도핑된 PANI 스펙트럼(그림 6a)에서 강한 특성 피크는 1,565, 1,485, 1,298 및 1,125 cm −1 퀴노이드 고리의 C=C 스트레칭 및 벤젠 고리의 C =C 스트레칭, C–N 스트레칭 및 =C-H 스트레칭에 각각 해당합니다. 순수 도핑된 PANI 스펙트럼(그림 6b)에서 특징적인 PANI 피크 외에 PLA 피크도 볼 수 있습니다(1092 및 1184 cm -1 의 C-O 신축 진동 피크). , C=O 신축 진동 피크 1757 cm −1 ). 이러한 결과는 PANI가 무기산으로 도핑된 PANI/PLA 나노섬유의 표면에 성공적으로 로딩되었음을 나타낸다. PANI/PLA 나노섬유의 화학적 조성을 더 조사하기 위해 XPS를 사용하여 표면 조성을 분석했습니다. 또한 XPS 스펙트럼(그림 7a)에서 PANI/PLA 복합 나노섬유에서 ~ 400 eV에서 명확한 N1s 피크를 볼 수 있었습니다. 더욱이, Cl2p 피크는 PANI/PLA-HA 및 PANI/PLA-PA에서 ~ 200 eV에서 볼 수 있는 반면, PANI/PLA-PA를 사용한 Cl2p의 피크 강도는 PANI/PLA-HA보다 더 높았다. S2p의 피크는 PANI/PLA-SA의 XPS 스펙트럼에서 ~ 210 eV에서 나타났습니다. XPS 스펙트럼은 Cl - , SO4 2− , 및 ClO4 - 해당 PANI/PLA 나노섬유에 도핑되었습니다. 또한 PANI의 이민 질소 원자는 완전히 또는 부분적으로 산화되어 다양한 정도의 양성자화를 수반하는 일련의 산화 상태를 생성했습니다. 산화 상태의 변화와 PANI의 양성자화 수준은 N1 핵 수준 스펙트럼으로 측정되었습니다(그림 7b-d). 각 N1s 스펙트럼은 결합 에너지가 약 398.7, 399.6, 400.4 및 401.8 eV인 4가지 주요 구성 요소로 분해될 수 있으며, 이는 퀴노노이드 이민(–N=), 벤젠노이드 아민(–NH–), 양성자화된 아민(– N + ) 및 양성자화된 이민(=N + ), 각각 [40, 41]. Kumar의 연구[42]와 관련하여 N1s 스펙트럼의 피팅 피크는 양성자화된 N 원자에 의해 결합된 음이온의 전하에 의해 영향을 받는 것으로 간주되어 비편재화 및 약간의 이동이 발생했습니다.
<그림>
a의 FTIR 스펙트럼 파니, b PLA 및 PANI/PLA 복합 나노섬유
<사진>
XPS 스펙트럼(a ) 준비된 PANI/PLA 복합 나노섬유 지지체 및 PANI/PLA-HA(b ), PANI/PLA-SA(c ) 및 PANI/PLA-PA(d ) N1의 코어 레벨 신호
조직 복구 및 재생을 위한 주형으로서 생체 활성 스캐폴드는 유도된 세포 및 조직 복구 후 분해되어 신체 밖으로 배출됩니다[43]. 본 논문에서는 Fig. 8과 같이 질량손실법을 이용하여 나노섬유 지지체의 분해특성을 평가하였다. 나노섬유는 각각 4.34 ± 0.41%, 7.84 ± 1.57%, 12.65 ± 0.83%였다. 한편, PANI/PLA-PA 복합 나노섬유의 질량 손실은 원위치 산화 중합 후 점차 증가하여 7, 14에서 31 ± 2.15%, 34 ± 1.86%, 40 ± 2.54%의 질량 손실률을 보였다. PANI/PLA-HA 및 PANI/PLA-SA 나노섬유보다 유의하게 높은 21일이었다. PANI in situ 산화 중합 공정에서 산화제 APS의 존재는 PLA의 에스테르 결합을 파괴하고 가수분해 반응을 유도하여 PLA 나노섬유에 미세 균열을 유발할 수 있습니다. PBS 침지 시간이 길어짐에 따라 미세 균열이 점차 축적되고 PLA 매트릭스가 점차 분해되기 시작했습니다. 표면 부하 PANI도 떨어져 나노섬유 품질의 손실률이 발생했습니다. 시간이 지남에 따라 질량 손실 비율이 더 명확해졌습니다. 여기서 HClO4의 강한 산화 PLA의 분해를 악화시키고 PANI/PLA-PA 나노섬유의 질량 손실을 가속화했는데, 이는 그림 2에 제시된 기계적 특성과 일치합니다.
<그림>
PLA 및 PANI/PLA 나노섬유의 분해 특성
생체 활성 지지체의 생체 적합성은 세포 접착, 성장 및 증식을 촉진하는 기초입니다[44]. 여기에서, 우리는 수반되는 접착 및 생체 적합성을 설명하기 위해 PLA 및 PANI/PLA 복합 나노섬유에서 HOS의 세포 증식을 연구했습니다. 화학적 처리 및 기능화 동안 [45], 생리 활성 스캐폴드의 준비에 많은 잠재적 영향 요인이 작용할 수 있습니다. 따라서 생체 적합성을 조사하는 것이 실제 적용을 평가하는 데 중요합니다.
PANI/PLA 복합 나노섬유의 생체 적합성을 조사하기 위해 MTT 방법을 사용하여 세포 생존력을 평가했습니다. 그림 9는 1, 3, 5일 후 PLA 및 PANI/PLA 복합 나노섬유에서 배양된 세포 활성을 보여줍니다. 그림은 인큐베이션 시간이 연장됨에 따라 나노 섬유의 세포 활성이 점차적으로 증가한다는 것을 분명히 보여줍니다. PANI/PLA-PA 세포가 최고의 활성을 보였고, 5일 배양 후 세포 활성이 가장 높았다.
<그림>
PLA 나노섬유 및 PANI/PLA 복합 나노섬유에서 1, 3 및 5일 동안 배양된 세포 생존율 HOS(*p <0.05; **p <0.005)
PLA는 생분해성이지만 소수성이어서 세포 접착, 성장 및 증식에 도움이 되지 않습니다. 플라즈마 처리 후, PANI/PLA 복합 나노섬유의 표면은 산소 함유 그룹으로 로딩되었고, 기능적 표면은 우수한 친수성을 나타내었다. 상기 형태 및 원자현미경 결과는 서로 다른 무기산으로 도핑된 PANI가 PLA 나노섬유의 표면에서 서로 다른 형태 및 거칠기 수준을 나타냄을 나타낸다. 한편, PANI/PLA 복합 나노섬유는 우수한 습윤성을 나타내었다. 따라서 우리는 무기산으로 도핑된 PANI의 다양한 형태가 PANI/PLA 복합 나노섬유의 표면 에너지와 극성을 향상시켜 결과적으로 세포 성장, 이동 및 증식에 영향을 미치고 결과적으로 성능 측면에서 향상되었다고 생각했습니다. 세포 활동의 [46].
PANI/PLA 복합 나노섬유의 세포 거동을 더 연구하기 위해 형광 면역염색(그림 10)과 SEM(그림 11)을 통해 나노섬유의 성장과 접착을 관찰했습니다. 여기에서 우리는 서로 다른 나노 섬유 표면의 액틴과 세포 형태를 비교했습니다. PLA 섬유와 PANI/PLA 나노섬유에서 세포가 성장했을 때 액틴 다발은 좋은 스트레칭 상태를 보여주었다. 한편, PANI/PLA 복합 나노섬유의 세포 밀도는 대조군의 PLA 나노섬유보다 높았으며, 세포 성장 밀도는 PANI/PLA-PA> PANI/PLA-SA> PANI/PLA-HA 순이었다. HOS 세포는 PANI/PLA 나노섬유에서 자라며 평평한 다극 모양으로 부착되었습니다. 분명히 많은 세포가 PANI/PLA 섬유의 기공에 내장되었지만 PLA 나노섬유에서 제대로 늘어나지 않고 완전히 확장될 수 없었습니다. These results indicate that PANI/PLA composite nanofibers could promote the adhesion and proliferation of HOS cells.
Fluorescence micrographic images on a PLA nanofibers, b PANI/PLA-HA, c PANI/PLA-SA, and d PANI/PLA-PA composite nanofibers after the incubation of 24 h
SEM micrographs of HOS seeded on a PLA nanofibers, b PANI/PLA-HA, c PANI/PLA-SA, and d PANI/PLA-PA composite nanofibers after 24 h
Meanwhile, the cell immunofluorescence staining and cell adhesion results indicated that the different PANI morphologies on the surface of the PANI/PLA composite nanofibers affected the growth, adhesion, and proliferation of the HOS cells, which was consistent with the above results.
As an early osteogenic marker, the ALP test was conducted on PLA and PANI/PLA composite nanofibers scaffolds for 7 days. Compared to the pure PLA nanofibers, the result (Fig. 12) showed that the ALP activity was significantly improved in of PANI/PLA composite nanofibers. Obviously, the ALP activity of PANI/PLA-PA composite nanofibers is the best. These results proved that PANI/PLA composite nanofibers exhibited better biocompatible, which is consistent with the above results of cell adhesion, growth, and proliferation.
Alkaline phosphatase activity on PANI/PLA composite nanofibers scaffolds (ns = no significance)
In this paper, PANI/PLA composite nanofibers of different surface morphologies were prepared by three types of inorganic acid as dopant in in situ polymerization. We confirmed that PANI could be successfully loaded on the surface of PLA without changing the porous structure of the nanofibers. The mechanical properties and in vitro degradation experiments demonstrated that oxidizing acids can significantly weaken the mechanical properties and accelerate the degradation of polyester nanofibers. Meanwhile, the rougher surface resulted in a better wettability and promoted the cells adhesion, growth, and proliferation, which indicated a better biocompatibility. In conclusion, the regulated PANI morphology via different acids doping has positive effect on biocompatibility in tissue engineering.
The authors declare that the materials and data are promptly available to readers without undue qualifications for material transfer agreements. All data generated or analyzed during this study are included in this article.
폴리아닐린
Polylactic acid
Extracellular matrix
Polypyrrole
Polythiophene
Aniline
Dichloromethane
아니 ,N -Dimethylformamide
과황산암모늄
Human osteosarcoma cells
Dulbecco’s modified Eagle medium
Phosphate buffer saline
3–2,5-Diphenyl-2-H-tetrazolium bromide
플루오레세인 이소티오시아네이트
푸리에 변환 적외선 분광기
전계 방출 주사 전자 현미경
X선 광전자 분광법
Alkaline phosphatase
나노물질
이것은 CAMX 2019(9월 23-26일, Anaheim, CA, U.S.)에서 확인해야 할 기술에 대한 블로그 시리즈의 세 번째입니다. Hexion(미국 오하이오주 콜럼버스)은 Epikote System 600 에폭시 수지를 기반으로 하는 항공 구조물의 RTM용 2성분(2K) 시스템을 개발했습니다. 아래 소개에서 이러한 개발이 중요한 이유를 설명합니다. 그런 다음 이 새로운 2K 시스템과 Hexion이 혼합 수지의 현장 품질 보증에 대한 항공우주 OEM의 요구를 어떻게 충족하는지에 대해 자세히 설명합니다. 하단에서는 내화성(FR
해양, 건축, 방위 및 산업 분야의 복합 엔지니어링 전문가인 Solico(네덜란드 Oosterhout)는 복합 저장 탱크 및 사일로의 설계, 계산 및 최적화를 위한 Amphora 소프트웨어를 출시했습니다. 복합 재료는 산업 및 농업 부문에서 광범위하게 사용되어 크고 가벼우며 내부식성이며 설치가 쉽고 유지 관리가 덜한 저장 분말 및 액체용 사일로 및 탱크를 생산합니다. 유럽에서 이러한 지상 저장 탱크 및 선박의 설계 및 제작 기술은 일반적으로 EN 13121-3:2016 표준으로 정의됩니다. Amphora는 사일로, 수직 및
