DOI:10.1016/j.msec.2020.111056
尽管进行了大量尝试以制备聚吡咯纳米颗粒（PPy-NPs）掺杂的纳米纤维支架，但仍需寻求一种低成本的简便策略。在本文中，研究者开发了一种新型PPy-NPs原位聚合策略，并一步将其固定到PCL聚合物基质中。为了实现PPy-NPs的原位聚合，将六水合氯化铁（FeCl3.6H2O）作为氧化剂引入PCL和吡咯单体的混合溶液中。由于化学氧化聚合过程，透明溶液变为黑色PCL/PPy溶液。对溶液静电纺丝后，制备了PCL/PPy复合纳米纤维。生物透射电镜图像清楚地显示了PPy-NPs固定在PCL基质中。场发射扫描电子显微镜（FESEM）结果表明，PCL/PPy支架表现出明显减小的纤维直径。原子力显微镜（AFM）研究表明PCL/PPy支架的表面粗糙度增加。PCL/PPy支架的机械强度测试显示，杨氏模量（YM=2至4倍）和拉伸强度（TS=3至4倍）均有改善。随着复合支架中PPy-NPs浓度的增加，YM和TS也逐渐增加。在聚合物溶液和电纺支架上进行的电导率测量显示，PCL/PPy溶液和支架中的导电性能也呈上升趋势。表面润湿性测试显示，水接触角测量值从纯PCL的126°降低到PCL/PPy-200复合支架的93°。通过模拟体液（SBF）孵育进行的生物矿化测试表明，PCL/PPy支架上的磷酸钙晶体沉积强化。在无电刺激和有电刺激（ES）的情况下进行的CCK-8分析和共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）成像显示，PCL/PPy导电支架上MC3T3-E1细胞的细胞粘附、生长和增殖增强。此外，ALP和ARS染色分析显示经ES处理后，PCL/PPy支架上的磷酸钙沉积显著强化。因此，本研究为PCL/PPy导电支架的制备提供了一种新的策略，该支架在电刺激下具有良好的生物活性、生物相容性和成骨分化能力，在骨组织工程领域具有广阔的应用前景。
图1.电刺激（ES）设备的示意图。
图2.聚合物溶液（第一列）和电纺支架（第二列）的数字图像，电纺支架的低分辨率（第三列）和高分辨率（第四列）FESEM图像，以及纤维直径分布图（第五列）。通过使用图像分析软件（Image J，NIH，USA）测量纳米纤维的直径。为了进行测量，分析了各个FESEM图像，并且每个图像总共测量了50根随机纳米纤维。
图3. TEM分析（A）PCL/PPy-50、（B）PCL/PPy-100和（C）PCL/PPy-200复合支架。为了进行TEM分析，将电纺纳米纤维直接收集在铜网格上并浸入乙醇溶液中，以确保纳米纤维附着在网格表面上。TEM图像显示出许多代表PPy-NP的黑点（（14.31±1.94）nm；n=50，由Image J软件测量）。
图4.纯PCL、PCL/FeCl3和PCL/PPy电纺丝支架的（A）FT-IR、（B）XRD、（C）TGA和（D）DSC。（E-G）显示第一个加热、冷却和第二个加热热谱的单个支架的DSC。
图5.（A）纯PCL和PCL/PPy电纺支架的应力-应变曲线、（B）杨氏模量和拉伸强度、（C）AFM形貌图以及（D）水接触角（WCA）。（E）PCL/PPy支架的奈奎斯特图（阻抗谱）。在AFM中，Ra表示平均粗糙度，而Rq表示均方根粗糙度。
图6.体外生物矿化研究。分别为SBF处理的（A-C）纯PCL、（EG）PCL/PPy-50、（IK）PCL/PPy-100、（M-O）PCL/PPy-200在3、7和14天的FESEM图像。（D，H，L和P）在第14天对各个支架的EDS分析。FESEM图像清楚地显示了PCL/PPy支架的生物矿化显著改善，并且EDS光谱也证实了这一说法。通过EDS分析发现纯PCL、PCL/PPy-50、PCL/PPy-100和PCL/PPy-200中Ca/P的摩尔比分别为1.07、1.52、1.63和1.77。
图7.未经和经ES处理的支架的体外生物相容性研究。（A）CCK-8分析和（B）CLSM显微图像。在CCK-8中，数据表示为平均值±标准偏差（n=3），*p<0.05。在CLSM图像中，分别用DAPI（蓝色）和若丹明-鬼笔环肽（红色）对细胞核和细胞质进行染色（在低放大倍数下，比例尺=100 µm，在高放大倍数下，比例尺=100 µm）。
图8.在未经和经ES处理的支架上进行的ALP和ARS研究。（A）ALP活性，（B）ARS的半定量，和（C）第21天的ARS染色支架的数字图像。在7和14天评估ALP活性，并在14和21天进行ARS实验。数据表示为平均值±标准偏差（n=3）和**p<0.01。
