静电纺丝聚癸二酸甘油酯（PGS）膜在角膜组织工程中的应用与性能研究

这篇研究创新性地采用静电纺丝技术制备聚癸二酸甘油酯-聚乙烯醇（PGS-PVA）复合膜，通过优化交联温度（160°C）和洗涤参数（48小时水洗）获得直径4 μm、孔隙率28%的均质纤维膜。该膜展现12 MPa刚度、20%应变及9.8×10-7 cm2/s的类天然角膜渗透性，支持人角膜上皮细胞（HCEC）和内皮细胞（HCEndC）分别达88%和96%的存活率，为角膜移植提供了新型生物材料解决方案。

　　

ABSTRACT

研究聚焦角膜疾病治疗中组织工程（TE）生物材料的开发需求，提出聚癸二酸甘油酯（PGS）因其生物相容性、可降解性、弹性及透明性成为理想候选。通过静电纺丝PGS与聚乙烯醇（PVA）共混溶液，成功制备纤维直径4 μm、孔隙率28%的均质膜，其机械性能（12 MPa刚度，20%应变）和葡萄糖扩散系数（9.8×10^-7 cm²/s）接近天然角膜。体外实验证实，洗涤后PVA残留极少，膜支持HCEC和HCEndC增殖达1周，细胞存活率分别达88%和96%。

1 Introduction

角膜作为透明无血管组织，其上皮层损伤易导致视力模糊甚至丧失，全球每年需18万例角膜移植手术。传统胶原支架存在交联复杂、成本高的问题，而合成聚合物如聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）需辐照交联。PGS凭借FDA批准的单体组成、可调控降解速率及弹性性能脱颖而出，但其低分子量和低玻璃化转变温度（T_g）使静电纺丝面临挑战。研究采用水溶性PVA作为载体，通过后续洗涤获得纯PGS纤维膜。

2 Results and Discussion

2.1 prePGS Synthesis and Electrospinning

通过甘油与癸二酸酯化反应合成分子量50,000 g/mol的预聚物（prePGS），与PVA共混后静电纺丝。傅里叶变换红外光谱（FT-IR）显示1740 cm^-1处PGS特征酯羰基峰，而840 cm^-1为PVA特征峰。优化参数下获得的纤维膜透明度足以透过文字（图2C），平均直径4.21 μm。

2.2 Cross-Linking and PVA Removal

交联温度实验表明，160°C时-OH峰降低最显著，交联度最高（图2A）。170°C时PVA链移动性增强，干扰PGS交联。水洗48小时联合乙醇处理可有效去除PVA（图2B），保留纤维形态。160°C交联膜虽透明度略低（图2C），但纤维稳定性最佳（表1）。

2.3 Membrane Thickness

通过调节纺丝液体积（8-24 mL）获得30-82 μm厚度膜。82 μm膜机械强度达1.23 MPa，但60 μm膜弹性更优（图5）。厚度增加导致透明度下降（图4B），但孔隙率稳定在28%-29.5%（图6A）。

2.4 Mechanical Properties

82 μm膜表现出最高拉伸强度（1.23±0.02 MPa），远超文献报道的PGS膜值（600-800 kPa）。60 μm膜弹性应变差异达15%，显示厚度对力学性能的调控作用（图5C）。

2.6 Biocompatibility Measurements

活死染色显示HCEC和HCEndC在膜上形成连接网络（图7B），少量细胞因应激状态同时被钙黄绿素（Calcein AM）和碘化丙啶（PI）标记（图7C）。CCK8检测证实HCEndC存活率（96.5%）甚至高于对照组（86.2%）。

3 Conclusions

研究首次证实静电纺丝PGS膜可作为角膜替代材料，其高孔隙率导致透明度略低的问题或可通过体内降解改善。未来可通过PGS化学修饰（如丙烯酸化）优化交联策略，避免载体聚合物使用。

4 Experimental Section

实验采用90,000 M_w PVA与prePGS（55:45摩尔比）共混，以六氟异丙醇（HFIP）为溶剂静电纺丝。细胞实验使用KSFM培养基培养HCEC，内皮细胞专用培养基培养HCEndC，并通过CCK8和SEM评估生物相容性。渗透性测试采用Valia-Chien灌注腔，计算葡萄糖扩散系数。