同轴静电纺丝技术构建鲑鱼明胶/聚偏氟乙烯复合纳米纤维膜及其在组织工程中的应用研究

研究人员通过同轴静电纺丝技术将鲑鱼明胶(SG)与聚偏氟乙烯(PVDF)结合，开发了一种兼具生物活性与压电特性的复合纳米纤维膜。该研究解决了传统组织工程支架难以同时模拟细胞外基质(ECM)生化信号与力学刺激的难题，通过SEM、AFM和拉曼光谱证实材料具有双峰直径分布(251±49 nm和426±142 nm)和分级力学性能(1.77±0.05 GPa和209±126 MPa)，为肌肉组织再生提供了新型电活性支架。

　　

在组织工程领域，如何构建既能模拟天然细胞外基质(ECM)生化微环境又能提供力学刺激的仿生支架，一直是科学家们面临的重大挑战。传统支架材料往往只能满足单一需求——要么像胶原蛋白那样具有优异的生物相容性但缺乏功能性力学响应，要么像聚偏氟乙烯(PVDF)那样具备压电特性却难以支持细胞粘附。这种"鱼与熊掌不可兼得"的困境，严重制约了肌肉等力学敏感组织的再生效果。

正是基于这一背景，来自智利的研究团队在《BBA Advances》发表了一项创新研究。他们巧妙地将源自大西洋鲑鱼皮的明胶(SG)与压电聚合物PVDF通过同轴静电纺丝技术结合，开发出具有分级结构的复合纳米纤维膜。这项研究不仅实现了生物活性与电活性的协同整合，更意外发现了PVDF在纺丝过程中的独特分支现象，为设计新型智能生物材料提供了全新思路。

研究团队主要运用了四项关键技术：同轴静电纺丝构建核壳结构纳米纤维，扫描电镜(SEM)分析纤维形貌，原子力显微镜(AFM)测定纳米力学性能，以及拉曼光谱验证材料化学组成。通过系统优化纺丝参数（电压15kV，接收距离15cm），成功制备出具有双峰直径分布的复合纤维膜。

3.1 单根纳米纤维与支架的形态学特征
SEM分析显示材料呈现明显的双峰分布：小纤维平均直径251±49 nm，大纤维426±142 nm。AFM高度测量进一步证实，大纤维(1.1±0.7 μm)与小纤维(140±5 nm)存在数量级差异，这种分级结构暗示PVDF可能形成了核壳结构的主体框架。

3.2 力学性能
AFM力-体积成像揭示了有趣的力学双峰现象：大纤维呈现1.77±0.05 GPa和209±126 MPa两个模量峰值，与纯PVDF纤维的力学特征(1.76±0.11 GPa)高度吻合；而小纤维则显示565±115 MPa的模量值，接近PVA/SG/Ch混合体系的特性(401±68 MPa)，表明材料实现了力学性能的梯度分布。

3.3 拉曼光谱分析
化学表征确认了所有四种聚合物的成功整合：839.2 cm^-1处的特征峰对应PVDF的β相，1432.3 cm^-1来自PVA，2978.5 cm^-1和3017.4 cm^-1分别归属SG和壳聚糖的振动峰。这种化学多样性为细胞提供了仿生ECM的粘附位点。

3.4 PVDF分支现象
研究最有趣的发现是PVDF的自发分支行为。电镜和光学成像均观察到纤维分叉现象，作者提出这可能是由于PVDF在高压电场下的独特极化行为所致。这种非预期的结构特征反而创造了更接近天然ECM的拓扑复杂性。

这项研究通过创新的同轴纺丝策略，成功将鲑鱼明胶的生物活性与PVDF的压电特性整合于同一支架中。材料展现的分级力学性能(从百MPa到GPa)恰好覆盖了天然组织的模量范围，而自发形成的分支结构更增添了拓扑复杂性。这种既能通过RGD肽序列介导细胞粘附，又能通过压电效应响应力学刺激的智能支架，为肌肉组织再生提供了全新解决方案。特别值得注意的是，研究中发现的PVDF分支现象为调控纤维形貌提供了新思路，这种非设计性结构特征可能成为增强细胞-材料相互作用的关键因素。该成果不仅推动了电活性生物材料的发展，更为理解材料拓扑结构对细胞行为的影响提供了重要实验模型。