引言：

日本長(zhǎng)岡技術(shù)科學(xué)大學(xué) Yadong Chai 團(tuán)隊(duì)在《Materials Chemistry Frontiers》（2021 年，影響因子 6.841）發(fā)表題為 “Rubbing-assisted approach for highly-oriented collagen fibril arrays involving calcium phosphate precipitation" 的研究，借助 EHC MRG-100材料摩擦配向試驗(yàn)機(jī)實(shí)現(xiàn)高取向膠原原纖維陣列的制備，為骨組織工程用無(wú)機(jī) / 有機(jī)復(fù)合納米材料研發(fā)提供新方法。

摘要Abstract

在經(jīng)摩擦處理的聚酰亞胺（PI）膜上成功制備出高取向均一的膠原（Col）原纖維陣列，用于磷酸鈣（CP）的沉積。通過(guò)摩擦處理使 PI 的表面官能團(tuán)實(shí)現(xiàn)取向：其中酰亞胺基團(tuán)中的 C=O 鍵躍遷矩垂直于摩擦方向，而（苯環(huán)中的）C=C 鍵、C-N 鍵及 C-O-C 鍵躍遷矩平行于摩擦方向。

將膠原分子溶液旋涂于經(jīng)摩擦處理的 PI 膜并使其自組裝后，在該 PI 膜上成功形成了平行于摩擦方向的膠原原纖維 —— 其取向率達(dá) 68%~91%，密度為 121±7~225±22 根 /mm。這一結(jié)果表明，PI 與膠原分子之間存在界面相互作用。

此外，膠原原纖維上的羧基（–COOH）可通過(guò)吸附 Ca2?離子充當(dāng) CP 的成核位點(diǎn)；將膠原原纖維浸入模擬體液后，CP 的成核過(guò)程得以促進(jìn)。具體而言，CP 晶體可有效沉積在膠原原纖維上，并沿膠原原纖維陣列方向形成片狀 CP 晶體。

因此，該方法為通過(guò)仿生工藝制備單向膠原原纖維陣列及 CP / 膠原纖維納米結(jié)構(gòu)提供了有效途徑。

摩擦 PI 膜的制備

聚酰胺酸溶液經(jīng)稀釋后旋涂于基板，經(jīng)烘烤得到 PI 膜。隨后采用EHC MRG-100材料摩擦配向試驗(yàn)機(jī)對(duì)PI膜進(jìn)行單向摩擦處理，獲得摩擦 PI（PI-Rub）膜。摩擦布采用人造絲材質(zhì)，絲長(zhǎng) 1.8mm，密度 24000 根 /cm2，摩擦壓痕深度設(shè)為 0.2mm，重復(fù)摩擦 10 次，摩擦轉(zhuǎn)速 600rpm，移動(dòng)速度 15mm/s。

EHC MRG-100材料摩擦配向試驗(yàn)機(jī)

摩擦PI膜的表征與膠原取向效果

通過(guò)偏振 FT-IR 表征發(fā)現(xiàn)，摩擦處理后 PI 表面官能團(tuán)實(shí)現(xiàn)定向排列：C=O 鍵垂直于摩擦方向，C=C、C-N 及 C-O-C 鍵平行于摩擦方向。在該摩擦 PI 膜上制備的膠原原纖維呈現(xiàn)高度取向性，取向率最高達(dá) 91%，遠(yuǎn)高于未摩擦 PI 膜上膠原原纖維的取向率（13%~23%），證實(shí)EHC MRG-100的摩擦處理對(duì)膠原原纖維取向起到關(guān)鍵調(diào)控作用。

結(jié)論：

通過(guò)摩擦處理使聚酰亞胺（PI）的表面官能團(tuán)實(shí)現(xiàn)取向，且在經(jīng)摩擦處理的 PI 膜上成功制備出高取向均一的 I 型膠原（Col）原纖維陣列。

特別地，所形成的膠原原纖維直徑均一且平行于摩擦方向，這表明 PI 與膠原分子之間存在界面相互作用。

此外，膠原原纖維上的羧基可作為磷酸鈣（CP）成核位點(diǎn)吸附 Ca2?離子，將其浸入 1.5 倍模擬體液（1.5SBF）中可促進(jìn) CP 沉積。

結(jié)果表明，浸泡后 CP 晶體會(huì)沉積在膠原原纖維上。因此，成功合成出與骨組織類似的高取向 CP / 膠原原纖維雜化納米結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可用作骨移植材料，以促進(jìn)骨組織再生及骨缺損修復(fù)。

未來(lái)，本研究觀點(diǎn)將為制備單向無(wú)機(jī) / 有機(jī)纖維納米結(jié)構(gòu)提供有效的仿生工藝。