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冠状动脉粥样硬化引起的血管阻塞,常需要通过血管旁路移植术重建远端组织血流。由于自体血管(如大隐静脉)易受患者自身生理条件限制,研发具有高重现性与高顺应性的小口径合成血管支架(TEVGs,内径小于 6 mm)是组织工程领域的研究重点。

为避免小口径血管内低流速导致的急性血栓形成与内膜增生,促进支架内腔表面快速形成内皮细胞单层是保障移植后长期通畅率的核心。通常,研究人员将人脐带血源性内皮细胞(hCB-ECs)接种于聚合物基体,并通过体外活化血小板粘附实验评估其抗凝血活性。

支架制备与表面热压/涂层改性工艺

研究团队通过静电纺丝工艺制备扁平状支架。为兼顾力学强度与生物相容性,选用聚己内酯/明胶/纤维蛋白原(PCL-GF,质量比 50%:40%:10%)共混聚合物溶于 1,1,1,3,3,3-六氟-2-丙醇。交联后的网膜在 42 °C 下热烘干以消除残留交联剂的毒性,此温度低于明胶与纤维蛋白原的热变性点。

随后,对支架实施表面热压与 IV 型胶原/纤连蛋白复配溶液物理包覆改性(TC 组)。该改性优化了网膜孔隙率,并为内皮细胞提供了高密度的 RGD 整合素受体结合位点。

高分辨率扫描电子显微镜表征揭示了表面物理改性工艺对纤维形貌的微观调控。

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PCL-GF 混合支架在不同表面处理下的显微形貌。

观测数据显示,未处理的 NT 支架纤维直径呈单峰分布(0.1–0.74 µm)。经热压与复合涂层包覆的 TC 支架,纤维直径呈显著的“双峰分布”:在大直径主体纤维(约 0.4 µm)之间,网络交织着大量直径为 20 nm 至 120 nm(0.02 至 0.12 µm)的超细分支纤维。此类亚微米及纳米级纤维结构促进了接种细胞的伪足伸展与粘附铺展。

为评价材料内皮化后的抗凝血性能,研究人员测定了血小板活性状态,并对流动剪切力作用后的血小板粘附形貌进行高分辨电镜观测。

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血小板在接种了不同细胞的支架表面粘附的 SEM 形貌表征。

在 3 kV 工作电压下,场发射扫描电镜观察到了尺寸为 2.3–4.3 µm 的血小板形态及其粘附时伸出的丝状伪足。统计结果表明,接种 hCB-ECs 且经 TC 改性的样品表面细胞覆盖率达 99.73%,聚合物纤维暴露较少,有效抑制了血小板的活化与粘附沉积。

高分辨扫描电镜表征中的样品前处理规范

评估 PCL-GF 聚合物的 20 nm 超细网膜形貌及血小板伪足时,样品前处理的导电镀膜质量至关重要。

明胶、纤维蛋白原等天然高分子具有热敏感性,且聚合物、细胞膜和血小板本身皆为非导电材料。若样品未覆导电层,在 3 kV 场发射电镜连续扫描下,电荷会在表面快速聚集,产生局部亮斑、伪影或电子束漂移;同时,电子束的热量会在绝缘样品上累积,烧坏20 nm 的超细聚合物纤维。

因此,必须在样品表面构建连续致密的导电层。论文团队在观察支架形貌前,使用离子溅射仪在样品表面沉积了 6 nm 的金-钯合金层;在观察热敏感的血小板粘附结构前,则对临界点干燥后的样品进行了 30 秒的铂金溅射镀膜。连续的金属成膜既能传导表面电荷,又避免了金属颗粒粗化遮蔽 20 nm 纤维及细胞伪足的细微结构。

针对高分辨纳米成像与多用户平台可重复性制样的需求,广州竞赢科学仪器推出的 JY-S120A 全自动离子溅射仪,是同样可用于上述热敏样品的微纳形貌表征实验的样品制备:

  • 高分辨磁控溅射连续成膜:采用低压直流磁控溅射技术,在 3–15 Pa 的真空度下工作,溅射电流在 3–40 mA 内精细可调。仪器兼容 Au、Pt、Au/Pd 等多种金属靶材。
  • 冷态磁控溅射系统:具有高强度场,将加速电子的运行轨迹约束在靶面附近,减少了电子流对样品表面的二次物理碰撞与辐射升温。该系统适用于明胶、纤维蛋白原及活化细胞等热敏感样品的镀膜,可避免材料发生受热熔融或结构皱缩。
  • 一键式自动化与配方存储:设备配备 7 寸触控屏,支持存储多套工艺配方。可一键全自动控制,这规范了多用户平台的操作流程,降低了手动调节带来的膜厚批次波动,确保表征数据的重现性。样品台可单次容纳 12 个标准的 SEM 钉型样品座,提升了高通量制样效率。

 

在此类微纳形貌的电镜表征中,利用磁控溅射镀膜,是解决非导电、热敏感样品荷电效应与热损伤的有效手段。


参考资料

Ardila, D.C.; Liou, J.-J.; Maestas, D.; Slepian, M.J.; Badowski, M.; Wagner, W.R.; Harris, D.; Vande Geest, J.P. Surface Modification of Electrospun Scaffolds for Endothelialization of Tissue-Engineered Vascular Grafts Using Human Cord Blood-Derived Endothelial Cells. J. Clin. Med. 20198, 185. https://doi.org/10.3390/jcm8020185

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