具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明提供的一种纳米纤维3D多孔气凝胶的制备方法，其包括如下步骤：

S1、以可降解生物压电材料为原料，溶于其良性溶剂中，制备得到均相的纺丝溶液；

S2、将步骤S1得到的纺丝溶液在电场作用下喷射到凝固浴中，纺丝溶液中的可降解生物压电材料不溶于该凝固浴，凝固浴与纺丝溶液中的良性溶剂互溶性更强，将纺丝溶液中的良性溶剂萃取出来，形成以可降解生物压电材料为连续相、溶剂为分散相的两相结构，分散均匀，然后进行干燥处理，得到纳米纤维气凝胶；

S3、将步骤S2得到的纳米纤维气凝胶进行交联处理，产生交联网络，得到纳米纤维3D多孔气凝胶。

本发明利用压电材料特有的压电效应，能够将外界的机械刺激转化为电能，结合人体本身的微电场，通过产生微电流刺激加速细胞生长，以可降解生物压电材料为原料制备纺丝溶液，通过非溶剂凝固浴接收静电纺丝纤维的方法，在传统静电纺丝的基础上引进相分离，使得制备的纤维本身为具有微纳米级孔隙的类苦瓜表皮粗糙结构，有利于细胞附着；然后干燥纺丝产物得到三维立体气凝胶结构，很好地模拟细胞外基质的结构，更加有利于细胞增殖生长；同时通过对气凝胶进行交联处理提升其机械强度，以保证压电材料在外界刺激下能够输出稳定的电流，加速细胞生长，有效促进组织再生。

一些实施例中，可降解生物压电材料可以为聚-β-羟丁酸(PHB)、壳聚糖、甲壳素、纤维素中的一种或多种。对该可降解生物压电材料溶解性好的溶剂可选用二甲基甲酰胺(DMF)、异丙醇、三氟乙醇(TFE)、四氢呋喃、冰醋酸中的一种或多种。

一些实施例中，凝固浴可选用叔丁醇水溶液，其能够将纺丝溶液中的良性溶剂很好地置换出来，同时叔丁醇与水性质相近，作为冻干剂适用于冷冻干燥工艺，进一步优选地，叔丁醇水溶液中叔丁醇和水的体积比为(1-9):1。若凝固浴中水含量太少，纺丝过程中凝固浴溶液易挥发；若水分太多，不利于纺丝产物浸没在凝固浴里，比较容易漂浮在凝固浴表面，影响溶剂置换效果，从而影响气凝胶孔隙的形成。

一些实施例中，步骤S2中的分散过程采用冰浴中超声分散，以液体为媒介，通过超声波在液体中的“空化”作用，将液体中纤维分散均匀，分散质量高，速度快，超声分散时间可具体为0.5h-1h。干燥优选冷冻干燥，干燥时间为24h-48h，以形成良好的3D多孔气凝胶结构。当采用冷冻干燥工艺时，宜在静电纺丝结束后，将凝固浴混合液进行过滤，取上层纺丝凝胶，用凝固浴多次清洗，然后再在凝固浴中超声分散，以达到彻底除去凝胶纤维间良性溶剂的目的，有利于达到良好的冷冻干燥效果，同时彻底去除凝胶中的有机溶剂更有利于细胞培养。

一些实施例中，步骤S3中的交联优选化学交联，对生物压电材料更友好。同时，宜采用京尼平作为交联剂，京尼平是一种优良的天然生物交联剂，可以与蛋白质、胶原、明胶和壳聚糖等交联制作生物材料，如人造骨骼、伤口包扎材料等，其毒性远低于戊二醛和其他常用化学交联剂。交联过程宜采用的温度为20℃-50℃，交联时间为1h-5h。

按照本发明方法制得的纳米纤维3D多孔气凝胶，其中纤维之间交错形成网状结构，且纤维表面粗糙并具有多个通孔，这种相互连通的网状多孔结构，接近于细胞生长的微环境，同时多孔结构增强了压电材料的压电效应，使其在外界刺激下产生更为稳定的微电流，能刺激细胞加速生长。

本发明还提供了上述纳米纤维3D多孔气凝胶在组织工程支架材料中的应用，该纳米纤维3D多孔气凝胶具有较大表面积/体积比，能够在形貌与尺寸上很好地模拟天然的细胞外基质，而且用于培养细胞，具有良好生物相容性并且对细胞没有毒性，所采用的生物压电材料所特有的压电效应能够将外界的机械刺激转化为电能，结合人体本身的微电场，产生稳定的微电流，使得支架材料在与细胞相互接触时能够促进细胞粘附、增殖、迁移和分化，适用于组织工程修复创伤。

以下结合具体实施例，对上述技术方案详细说明。

实施例1

1、将PHB和壳聚糖超声分散溶于异丙醇溶液中配制8％(m/v)的纺丝液，转移转移纺丝液至10mL注射器内，环境温度25℃±3℃，湿度为50％±5％，纺丝电压为15kV，纺丝速度为8mL/min，接收距离为15cm的条件下进行纺丝，凝固浴采用叔丁醇:水(v/v)＝1:1收集纳米纤维。

2、将收集到的纳米纤维转移至烧杯中，冰浴下超声分散1h。

3、将超声分散得到的纳米纤维混合液用液氮冷冻后放入冻干机，冷冻干燥48h，制备得到3D多孔气凝胶。

4、使用1％京尼平浸泡得到的气凝胶，50℃加热条件下交联2h，得到纳米纤维3D多孔气凝胶。

本实施例采用PHB和壳聚糖作为可降解生物压电材料，具有优异的生物相容性，并且具有较高的强度和韧性。在电镜下观察本实施例制备的气凝胶，如图2所示，该气凝胶内部纤维与纤维之间交错形成类似鸟巢的多孔网状结构，纤维表面为具有多个微纳米级孔隙的类苦瓜表皮粗糙结构。

利用本实施例制备的3D多孔气凝胶培养细胞，并进行苏木精和伊红染色(HE)，在显微镜下观察结果，如图3所示，许多细胞沿着边界顺利迁移到支架中间的边缘，并最终表现出隐窝样结构。由于理想的孔径，这些支架具有导向性，可以为细胞提供更多的生长空间，有利于细胞粘附和迁移。

实施例2

1、将PHB和壳聚糖超声分散溶于异丙醇溶液中配制10％(m/v)的纺丝液，转移转移纺丝液至10mL注射器内，环境温度25℃±3℃，湿度为50％±5％，纺丝电压为15kV，纺丝速度为6mL/min，接收距离为15cm的条件下进行纺丝，凝固浴采用叔丁醇:水(v/v)＝1:1收集纳米纤维。

2、将收集到的纳米纤维转移至烧杯中，冰浴下超声分散1h。

3、将超声分散得到的纳米纤维混合液用液氮冷冻后放入冻干机，冷冻干燥48h，制备得到3D多孔气凝胶。

4、使用1％京尼平浸泡得到的气凝胶，30℃加热条件下交联2h，得到纳米纤维3D多孔气凝胶。

本实施例制备的气凝胶为纳米纤维3D立体结构，纤维与纤维之间交错形成多孔网状结构，且纤维表面粗糙，富含孔隙。该气凝胶用于培养细胞，表现出优异的生物相容性且对细胞没有毒性，能够促进细胞粘附、迁移和生长。

实施例3

1、将80％脱乙酰度的壳聚糖溶于90％的乙酸水溶液中，50℃加热搅拌4h，配制8％(m/v)的壳聚糖溶液，加入一定量的明胶复合调节纺丝液的粘度。待混合均匀后转移至10mL注射器内，环境温度25℃±3℃，湿度为50％±5％，纺丝电压20kV，纺丝速度6mL/min，接收距离为13cm的条件下纺丝，凝固浴采用叔丁醇:水(v/v)＝9:1收集纳米纤维。

2、将收集到的凝固浴混合液使用上述同比例的叔丁醇水溶液进行多次过滤和清洗，然后超声分散30min。

3、将超声分散得到的纳米纤维混合液用液氮冷冻后放入冻干机，冷冻干燥48h，制备得到3D多孔气凝胶。

4、把得到的气凝胶置于1％京尼平水溶液中，30℃浸泡交联2h后取出，真空干燥得到纳米纤维3D多孔气凝胶。

本实施例制备的气凝胶为纳米纤维3D立体结构，纤维与纤维之间交错形成多孔网状结构，且纤维表面粗糙，富含孔隙。该气凝胶用于培养细胞，表现出优异的生物相容性且对细胞没有毒性，能够促进细胞粘附、迁移和生长。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。