近年来,组织工程技术及相关研究迅猛发展,纤维或纺丝类材料作为组织工程材料中最具代表性的一种,受到各界的广泛关注。胶原蛋白由于具有良好的生物相容性、低免疫源性、可生物降解性、来源广泛等特性,加之其独特的成纤维特性,使其成为纤维纺丝材料的优良原料。一般胶原基的同轴纤维材料往往采用与其他不同类型的原料混合的方式,构建内外层结构,使成品材料兼具胶原基的高生物相容性和其他材料的相关特性。但是,其他材料的引入往往增加非生物相容性导致的免疫排斥风险,使嫁接细胞或组织细胞的增殖受限。因此,我们尝试利用两种具有不同结构、性能的天然胶原,构筑具有核层与壳层的纤维材料,通过控制制备工艺和两种胶原之间的内在性能差异,实现同轴材料在体内的差异化表现,作为引导组织细胞定向增殖的新型功能材料。具体思路为,以牛跟腱胶原和草鱼胶原为原料,分别制备同源同轴胶原纤维和异源同轴胶原纤维。在同源同轴纤维中,利用胶原浓度差异和紫外光(254 nm)外部辐照的方式,放大同轴胶原纤维核层与壳层在耐酶降解性能上的差异,实现胶原纤维在组织体内的分步降解。而在异源同轴胶原纤维中,利用牛跟腱胶原和草鱼胶原自身的抗酶降解性能差异实现分步降解的能力。主要研究内容和研究结果摘要如下:(1)自组装胶原单轴纤维丝的制备及表征:以高浓度的牛跟腱胶原盐酸溶液为原料,高浓度的PBS缓冲溶液为固定浴,采用湿法纺丝的方法,制备胶原纤维材料。通过调整胶原原液浓度、PBS浓度优化胶原纤维丝的热稳定性和抗拉伸性能的影响。结果表明,20 mg/m L的胶原原液浓度和30×PBS为制备胶原纤维丝较佳的条件,扫描电镜分析结果显示该方法制备的胶原纤维丝具有纤维化自组装微观结构。在此基础上,考察紫外光辐照(254 nm)交联对胶原纤维丝性能的影响,结果表明,紫外辐照可以增强胶原纤维丝的热稳定性能和耐酶降解能力,但会削弱其抗拉伸性能。细胞相容性实验结果表明,胶原纤维丝具有良好的细胞相容性和诱导细胞定向生长能力,紫外辐照会减弱胶原纤维丝的促细胞增值能力,以5 min的辐照时间为比较适宜的辐照时长。(2)同源同轴胶原纤维丝的制备及表征:以20 mg/m L的牛跟腱胶原为壳层,2 mg/m L的牛跟腱胶原为核层,通过同轴湿法纺丝的方法,成功制备同轴胶原纤维丝材料,通过扫描电镜和HE染色分析结果证实该核壳双层结构。在此基础上,进一步采用紫外辐照增强同轴胶原纤维丝核壳双层的性能差异,结果表明紫外辐照可以增强同轴胶原纤维丝的热稳定性能和核层与壳层的耐酶降解性能差异,但削弱了同轴胶原纤维丝的抗拉伸性能。细胞相容性的石蜡包埋切片实验和激光共聚焦实验结果表明,NIH/3T3成纤维细胞在同轴胶原纤维的壳层与核层均能良好生长,且细胞能沿着同轴胶原纤维丝定向生长。(3)异源同轴胶原纤维丝的制备及表征:以20 mg/m L的牛跟腱胶原为壳层,2 mg/m L的草鱼胶原为核层,通过同轴湿法纺丝的方法,制备了异源同轴胶原纤维丝材料。结果表明,通过调节制备温度可以进一步调控核壳双层的结构性能差异,浊度实验结果间接证明30℃下制备的异源同轴胶原纤维丝的双层结构均具有纤维化自组装微观结构。体外酶降解实验结果表明,异源同轴纤维丝内外层的耐酶降解性能存在显著差异,可以实现分布降解的定向诱导再生结构设计。细胞相容性的共聚焦分析表明NIH/3T3成纤维细胞在异源同轴胶原纤维丝的上下表面和内核中均能良好生长,冰冻切片实验表明细胞能沿着异源同轴胶原纤维丝定向生长,异源同轴胶原纤维丝具有良好的诱导组织定向再生的潜力。