溶胶-凝胶法制备MgTi2O5纳米颗粒增强壳聚糖/精氨酸核壳纳米纤维复合材料的物理机械性能与生物相容性研究

本研究针对伤口愈合材料机械性能与生物相容性难以兼顾的难题，通过溶胶-凝胶法合成15 nm镁钛酸盐纳米颗粒（MgTi2O5-NPs），采用同轴静电纺丝技术构建CS-PEO-Arg核壳结构纳米纤维。结果显示：含5 wt% NPs的复合材料纤维直径降至88.1 nm，拉伸强度提升7倍达200 MPa，细胞存活率超90%，为创面修复材料设计提供新策略。

　　

伤口愈合是一个涉及多细胞协同作用的复杂过程，传统敷料常面临机械强度不足、生物活性有限等问题。壳聚糖（CS）虽具有天然抗菌性，但其纯纤维的拉伸强度仅28.8 MPa，难以满足动态创面的力学需求。与此同时，纳米材料在生物医学中的应用常受限于其潜在细胞毒性。如何构建兼具高机械性能和生物安全性的新型伤口敷料，成为当前研究的重点突破方向。

研究人员通过溶胶-凝胶结合超声法成功制备出粒径15 nm的镁钛酸盐（MgTi₂O₅-NPs），创新性地采用单喷头、共纺和同轴静电纺丝三种技术，将纳米颗粒分别负载于CS-聚环氧乙烷(PEO)-精氨酸(Arg)复合纤维的不同空间位置。通过系统比较发现，核壳结构设计不仅能将纤维直径从874.2 nm大幅缩减至88.1 nm，更使材料获得突破性的力学性能——拉伸强度提升至200 MPa的同时断裂伸长率保持95%以上，这种"既强又韧"的特性远超常规聚合物纤维。

研究关键技术包括：溶胶-凝胶法合成纳米颗粒、超声辅助分散、单轴/同轴静电纺丝构建不同结构纳米纤维、热重分析(TGA)评估热稳定性、接触角测试表征亲水性、MTT法检测L929成纤维细胞活性。

【材料表征】XRD分析显示，经700℃煅烧的MgTi₂O₅-NPs结晶度最佳，DTA曲线证实其热分解温度达400℃以上。

【物理性能】核壳结构使水接触角稳定在61.4°，既避免过度亲水导致的机械性能衰减，又满足伤口湿润环境需求。TGA证明核壳样品在300℃内热失重仅5%，显著优于混合纺丝样品。

【力学性能】同轴纺丝样品展现出200 MPa的拉伸强度，是纯聚合物纤维的7倍，这种增强效应源于NPs在纤维核心的定向排列和壳层聚合物的应力传递协同作用。

【生物相容性】所有样品对L929细胞的存活率均>90%，核壳组与空白对照组无统计学差异，证实核壳结构能有效隔离NPs与细胞的直接接触，消除潜在毒性。

该研究发表于《International Journal of Biological Macromolecules》，其创新性在于：首次将MgTi₂O₅-NPs引入CS基纳米纤维，通过巧妙的核壳结构设计解决了纳米复合材料"增强增韧难两全"的行业痛点。特别值得注意的是，材料在获得医用级力学性能（接近天然皮肤拉伸强度）的同时，精氨酸的促愈合功能和NPs的稳定性得到完美保留。这种"三明治"式结构为开发新一代功能性伤口敷料提供了普适性设计思路，在烧伤修复、慢性创面治疗等领域具有重大应用前景。研究团队Amir Azarniya和Gholamreza Faghani特别指出，该技术路线易于规模化生产，其核心工艺参数已通过系统优化，为临床转化奠定基础。