γ-聚谷氨酸[γ-poly(glutamic acid)，γ-PGA]，是由L-谷氨酸[L-Glu]、D-谷氨酸[D-Glu]通过γ-酰胺键结合形成的一种高分子氨基酸聚合物，其结构式如图1。

γ-聚谷氨酸作为一种高分子聚合物，具有一些独特的物理、化学和生物学特性，如生物可降解性、良好生物相容性、强保水性、对人体无毒害等特性。这些特性决定了γ-聚谷氨酸在农业、食品、医药、环保、化妆品工业、烟草、皮革制造工业和植物种子保护等领域的广泛用途^[1]

在组织工程领域中很重要的一点就是人工三维材料与细胞的黏附性，γ-PGA具有相当好的黏着性，其最大特点是: 氨基酸基团能增加材料与细胞的亲和性，能够介导种子细胞与支架材料黏附，具有良好的生物适应性，且因其广泛的分子量范围，可以通过改变其聚合度以及分子键交联的程度来调节组织支架的降解速率。研究发现，在外科手术的脏器、止血剂及密封剂，γ-PGA的机械轻度及止血功能远超过传统的纤维原止血凝胶。此外γ-聚谷氨酸经由化学修饰可形成特殊的纤维，其用途可应用手术后的缝合线或将酵素固定于纤维上作为一特材质^[2]。γ-PGA价格远低于目前进行研究生产和应用的生物可降解材料聚天冬氨酸、聚乳酸等的原料L－乳酸、L－天冬氨酸。γ-PGA作为组织工程支架材料在组织工程应用方面有非常大的应用潜力，但是目前国内外这方面的研究报道非常少。

王小梅^[3]等人主要研究了静电纺丝制备微纳纤维的形貌表征与影响机理分析，其研究结果表明：当PEO质量分数由4%到8%时,图案形貌经历了球状颗粒-珠丝共存-纤维的演变过程；分子量由40万到60万时,纤维由珠丝结构变成均匀光滑的丝,进一步增大分子量, 纤维开始变得粗细不均并出现锯齿结构；当电导率由151到355s/cm 时, 纤维直径变粗5倍；工艺电压(25～30kV)增加,纤维直径先增加后减小,梭形颗粒先增多后减少；电极间距(15～25cm)的增加使PEO纤维的直径减小,梭形颗粒先增加后减少；喷嘴内径由160μm增大到600μm时,纤维先是变得均匀光滑,后出现黏并结构^[4]。这些研究结果能够更好地指导静电纺丝技术在生物医用、纳米装置及纳米制造等领域的应用。

Nancy M. Lee等人^[5]研究了微纳米纤维及形貌促进愈合这一课题,发现了早期修复未对齐的纳米级纤维的模型会引起创伤增殖期的响应特性，而由非对齐微米尺寸纤维组成的更成熟的模型在重塑阶段更具有代表性，通过支持细胞组织并且同时抑制生长和生物合成。有趣的是，在纳米纤维模型中引入纤维排列会将纤维细胞反应从修复改变到愈合，并会影响矩阵排列，而矩阵排列是绕过疤痕形成并促进软组织损伤的生物愈合的关键设计因素。^[6,7]

Chris A. Bashur等人^[8]将聚（酯氨基甲酸酯）脲弹性体在设计成独立地改变平均纤维直径（从0.28至2.3μm）和光线对准的程度这一条件下静电纺丝到刚性支撑物上。接种在有支撑的网格上的骨髓基质细胞在所有的表面上粘附和增殖。细胞呈现出更多的纺锤形形态，其纤维直径和纤维对齐程度也逐渐增高，并且平行于排列网格上的纤维取向。韧带标记的表达胶原1a1，核心蛋白聚糖和腱调蛋白似乎对纤维直径十分敏感，在最小的纤维上最大。同时，转录因子巩膜病的表达似乎随着纤维排列的增加而减少。这些结果表明当支架是由对齐的亚微米纤维组成时静电支架上的类韧带组织的形成会增强。 ^[9,10]

龙云泽等人^[11]针对静电纺丝法制备有序排列的纳米纤维最新进展进行了研究，并列举出了11种可能的用来收集有序排列的纳米纤维的方法，分别为：可塑式收集极、分离式收集极、薄碟式收集极、滚筒式收集极、外场式收集极、复合式收集极、框架式收集极、双收集环、水槽式收集极、漩涡收集、点式收集极。除以上介绍的几种收集方法外,运用加磁场的方式来控制静电纺丝的过程, 以使收集到的纳米纤维排列有序。另外, 不仅仅是收集方法或收集设备对纳米纤维的有序度有影响, 聚合物溶液的浓度、电场强度、针头与收集极间的距离、溶液的温度、空气的湿度和温度以及气流的速度等, 都很大程度上影响着收集到的纳米纤维的状态。但是,对于不同的聚合物溶液,各种参数都会有所不同甚至相差很大^[12,13]。

袁翰等人^[14]利用蚕丝蛋白良好的机械强度、生物相容性和耐灭菌性来制作天然蛋白支架材料，通过扫描电镜图像分析技术表征静电纺丝纤维表面的取向度，并比较不同纤维排列结构下的力学性质。结果表明，在取向静电纺丝纤维支架中，91%的纤维分布于10#176;范围以内，且该支架具有力学的各向异性，具有较大的轴向拉伸模量。并得出了取向静电纺丝纤维支架可能在体内应用中支持成体干细胞增殖，并加快早期细胞定向迁移的结论^[15]。

本课题主要以可降解聚谷氨酸为主要原料，聚氧化乙烯为辅助原料，制备微纳米纤维组织工程支架，通过控制纤维的排列方式研究其对细胞粘附及铺展性能的影响。

参考文献：