熱塑性聚氨酯-硼硅生物玻璃復(fù)合纖維膜的制備及其體外生物性能

關(guān)鍵詞：熱塑性聚氨酯（TPU）;硼硅酸鹽生物活性玻璃（SeBSG）;靜電紡絲;體外生物活性;生物相容性中圖分類號(hào)：TB332 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1009-265X（2025）06-0100-10

硬組織損傷是一種不同年齡段人群皆可能患有的疾病之一，常見的骨缺損問題有骨質(zhì)疏松癥、骨腫瘤及骨壞死等1。傳統(tǒng)的骨缺損修復(fù)手段有自體骨移植和異體骨移植，但是這些移植骨存在來源有限、易攜帶病毒及免疫排異反應(yīng)等缺點(diǎn)，限制了他們?cè)诠墙M織工程領(lǐng)域中的應(yīng)用2。使用有機(jī)及無機(jī)材料進(jìn)行復(fù)合以模擬骨組織的組分，制備出具有良好生物活性、優(yōu)良生物相容性及較高力學(xué)強(qiáng)度的人工骨修復(fù)材料，成為骨組織工程材料的主要發(fā)展方向之一[3]。

熱塑性聚氨酯（Thermoplastic polyurethane，TPU）是一種用途較為廣泛的高性能材料，具有機(jī)械強(qiáng)度高、生物相容性好、低細(xì)胞毒性等優(yōu)點(diǎn)，受到了生物醫(yī)用領(lǐng)域的極大關(guān)注[4-5]。但由于單一的 TPU 纖維膜具有生物活性不足、誘導(dǎo)相關(guān)成骨細(xì)胞的增殖及分化能力不足等問題，限制了TPU材料在骨組織領(lǐng)域中的應(yīng)用。有研究表明，通過靜電紡絲技術(shù)可以調(diào)控纖維中功能性摻雜劑的含量，從而改善類似材料的相關(guān)生物性能[7]。在應(yīng)用于骨組織工程領(lǐng)域的納米填料中，生物活性玻璃（Bioactiveglass，BG）因其優(yōu)異的生物相容性及高度可調(diào)的組分等優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是組織工程合適的候選材料[8]。其中，硼硅酸鹽生物活性玻璃（Borosilicate bioglass，BSG）具有優(yōu)于普通生物活性玻璃的生物活性及促成骨性能，在骨修復(fù)及替代材料領(lǐng)域已獲得了廣泛的關(guān)注[9-11]。此外，在生物活性玻璃網(wǎng)絡(luò)中負(fù)載不同生物活性因子，可以賦予生物活性玻璃在生物學(xué)方面的多功能特性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)在修復(fù)過程中持續(xù)性釋放這些活性因子，進(jìn)而有效促進(jìn)骨組織修復(fù)及再生[12-14]。值得注意的是，硒（Selenium，Se）作為生物組織中必需的微量元素，因其具有保護(hù)基體免受氧化損傷等良好的生物學(xué)特性，通常在細(xì)胞代謝中起著重要作用[15]

本文以TPU為復(fù)合纖維膜的有機(jī)組分，以負(fù)載生物活性因子Se的硼硅酸鹽基生物活性玻璃（Selenium-Borosilicatebioglass，SeBSG）作為無機(jī)組分，通過靜電紡絲技術(shù)制備TPU-SeBSG有機(jī)-無機(jī)復(fù)合纖維膜，并且對(duì)TPU-SeBSG復(fù)合纖維膜、SeBSG的微觀形貌及理化性能進(jìn)行探究，隨后評(píng)估復(fù)合纖維膜的抗菌性能、體外生物活性及生物相容性，以期為復(fù)合纖維膜在骨組織工程領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用提供參考。

1實(shí)驗(yàn)

1. 1 原料及試劑

十六烷基三甲基溴化銨（CTAB， 99% ，上海麥克林生化科技有限公司）；正硅酸乙酯（TEOS， 98% ，上海麥克林生化科技有限公司）；磷酸三乙酯（TEP，AR，上海麥克林生化科技有限公司）；硼酸三丁酯（TBB，AR，上海麥克林生化科技有限公司）；氨水（AR，杭州高晶精細(xì)化工有限公司）；硝酸鈣四水合物 98.5% ，國藥化工集團(tuán)有限公司）；亞硒酸鈉五水合物（ 98% ，上海阿拉丁生化科技股份有限公司）；熱塑性聚氨酯（TPU，1185A，德國巴斯夫中國有限公司）；去離子水（實(shí)驗(yàn)室自制）；無水乙醇（EtOH，AR，杭州高晶精細(xì)化工有限公司）;N，N-二甲基甲酰胺（DMF，AR，國藥化工集團(tuán)有限公司）。

1. 2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

靜電紡絲機(jī)（WL-2C型，北京艾博智業(yè)有限公司）；磁力攪拌器（S82-1型，上海志威電器有限公司）；臺(tái)式高速離心機(jī)（TG16-WS型，杭州惠創(chuàng)儀器設(shè)備有限公司）；超聲波清洗器（KQ5200E型，昆山超聲儀器有限公司）；一體式智能馬弗爐（SX2-12-12A型，紹興市易誠儀器制造有限公司）；電子織物強(qiáng)力機(jī)（YG026T-II型，寧波紡織儀器廠）；恒溫培養(yǎng)搖床（THZ-10O型，上海一恒科學(xué)儀器有限公司）；凈化工作臺(tái)（SW-CJ-2D 型，上海葉拓科技）。

1. 3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 硼硅酸鹽基生物活性玻璃（SeBSG）的制備

將 0.56g CTAB加入到含有 80mL 去離子水與40mL 無水乙醇的混合溶液中，在室溫下攪拌 30min 得到模板劑溶液。待完全溶解后向上述溶液中加入1mL 氨水?dāng)嚢?30min ，而后每間隔 ¹h 依次加入4.58mL TEOS .0.25mL TEP ，3.15mL TBB .5.02g CaNT.0.81g 亞硒酸鈉五水合物，持續(xù)攪拌 5h ，隨后室溫陳化 24h 。將反應(yīng)后得到的白色溶膠離心分離，用無水乙醇及去離子水交替離心清洗，重復(fù)3次得到沉淀產(chǎn)物后干燥：最后，將干燥后的白色粉末在馬弗爐中以 2°C/min 的升溫速率升溫至 600^°C 煅燒 5h 得硼硅酸鹽基生物活性玻璃。

1.3.2TPU-SeBSG復(fù)合纖維膜的制備

將 2g 的 TPU顆粒分散于 8g DMF中，在室溫下攪拌至TPU顆粒完全溶解，隨后加入不同比例的SeBSG，超聲 30min 使得SeBSG均勻分散在溶液中，獲得不同的紡絲原液，隨后通過靜電紡絲技術(shù)得到TPU-SeBSG復(fù)合纖維膜。具體紡絲參數(shù)為：紡絲電壓 18kV ，接收距離 15cm ，推進(jìn)速度 0.75mL/h 紡絲時(shí)長(zhǎng)為 ^10h 。將SeBSG占TPU-SeBSG復(fù)合紡絲液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 1%.2%.3%.4%.5% 的樣品分別命名為 T/S1Ω，T/S2Ω，T/S3Ω，T/S4Ω，T/S5， 0

1. 4 測(cè)試與表征

1. 4.1 表面形貌分析

將純TPU纖維膜、TPU-SeBSG復(fù)合纖維膜和SeBSG在室溫下干燥后置于電鏡臺(tái)上鍍金處理，采用場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（FESEM）觀察純TPU纖維膜、TPU-SeBSG復(fù)合纖維膜和SeBSG的表面形貌，隨后使用軟件ImageJ測(cè)量所得樣品的直徑。使用連接到FESEM的EDS檢測(cè)器對(duì)樣品的元素分布及化學(xué)成分進(jìn)行分析。

1. 4.2 化學(xué)組成分析

使用傅里葉紅外光譜儀對(duì)純TPU纖維膜、TPU-SeBSG復(fù)合纖維膜和SeBSG進(jìn)行化學(xué)結(jié)構(gòu)的掃描分析，其中波數(shù)區(qū)域?yàn)?4000～400cm^-1 。

1. 4.3 孔隙率與吸水性能測(cè)試

通過使用比重瓶，以無水乙醇為介質(zhì)測(cè)量純TPU及TPU-SeBSG復(fù)合纖維膜的孔隙率，其中每個(gè)樣品重復(fù)實(shí)驗(yàn)5次。通過式（1）計(jì)算得到孔隙率 P

式中： P 表示樣品的孔隙率， %;m₀ 為復(fù)合纖維膜的干質(zhì)量， g;m₁ 為乙醇與比重瓶的總質(zhì)量， g;m₂ 為反復(fù)抽取真空后乙醇、比重瓶及樣品的總質(zhì)量， g;m₃ 為反復(fù)抽取真空后乙醇與比重瓶的質(zhì)量， g 。

取相同質(zhì)量的TPU-SeBSG復(fù)合纖維膜真空干燥 10h 。然后將纖維膜置于含有 20mL 去離子水的培養(yǎng)皿中分別浸泡 10，20，30，40，50，60min 后，在不同時(shí)間點(diǎn)測(cè)量并記錄此刻纖維膜的濕重。根據(jù)式（2）計(jì)算纖維膜的吸水率：

式中： m_t 為不同時(shí)間點(diǎn)復(fù)合纖維膜的濕重， g;m₀ 為復(fù)合纖維膜的初始干重， g 號(hào)

1. 4.4 力學(xué)性能測(cè)試

使用電子織物強(qiáng)力機(jī)對(duì)純TPU及TPU-SeBSG復(fù)合纖維膜進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，樣品寬為 20mm ，長(zhǎng)80mm ，拉伸速度為 60mm/min 。

1.4.5 抗菌性能測(cè)試

采用稀釋涂布平板法評(píng)價(jià)不同復(fù)合纖維膜的抗菌性能[16]。將初始菌種在 20mL 營養(yǎng)肉湯中，在 條件下培養(yǎng) 24h 。培養(yǎng)后使用PBS緩沖液（ pH=7.4 將菌液稀釋至指定濃度，取 1mL 的稀釋液與 10mg 纖維膜混合，并在 37°，110r/min 的搖床中繼續(xù)培養(yǎng) ^18h 。之后，取 100μL 樣品菌液，接種于LB固體培養(yǎng)基，并用無菌涂布棒均勻涂布，將平板倒置于 37^°C 的恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng) 24h 。最后取出平板，計(jì)算菌落數(shù)量。按照式（3）計(jì)算各復(fù)合纖維膜的抑菌率：

式中： B 為空白組中平板菌落的數(shù)量，個(gè)； A 為含不 同纖維膜的平板菌落的數(shù)量，個(gè)。

1.4.6 體外生物活性研究

通過觀察復(fù)合纖維膜在模擬體液SBF中浸泡后，樣品表面的羥基磷灰石沉積狀態(tài)來評(píng)估制備樣品的生物活性。具體為：將不同纖維膜樣品以1.5mg/mL 的濃度浸入SBF溶液中，在 37^°C ，轉(zhuǎn)速為 110r/min 條件下培養(yǎng) 28d ，每天更換一次SBF得到的樣品用去離子水沖洗后干燥 24h ，用于SEM觀察形貌及FTIR結(jié)構(gòu)分析。

1. 4. 7 生物相容性評(píng)價(jià)

采用小鼠前成骨細(xì)胞（MC3T3-E1）評(píng)估不同復(fù)合纖維膜的生物相容性。具體方法為：在96孔板中以 1×10³ 個(gè)/孔的密度接種MC3T3-E1細(xì)胞，孵育24h 。隨后，每個(gè)孔中加入直徑 6mm 的纖維膜圓片，以含有組織培養(yǎng)板的孔作為對(duì)照。樣品與細(xì)胞分別作用 24h 及 ^48h 后，棄去培養(yǎng)基，添加CCK-8溶液并在避光條件下孵育 ¹h ，使用酶標(biāo)儀測(cè)定在450nm 處的吸光度。每個(gè)樣品設(shè)立3個(gè)平行樣本。通過式（4）計(jì)算得出細(xì)胞活力 CV 值：

式中： |A_s| 表示樣品孔的吸光度值； A_b 表示空白孔的吸光度值： A_c 表示對(duì)照孔的吸光度值。

2 結(jié)果與分析

2.1 SeBSG的微觀結(jié)構(gòu)

圖1（a）—（b）為SeBSG的掃描電鏡圖和對(duì)應(yīng)的直徑分布圖，從圖中可以看出制得的SeBSG表面光滑，直徑主要分布在 160～320nm 。圖 1（c） 為SeBSG的EDS能譜圖，在 1.379、1.740、2.014keV 和 3.692keV 處分別檢測(cè)到了特征峰，這代表樣品SeBSG中主要元素 Se，Si，P 和Ca的存在。圖1（d）為硼硅酸鹽生物玻璃的紅外光譜圖，其中， 465cm^-1 處的強(qiáng)吸收帶是由 Si—O—Si 對(duì)稱彎曲振動(dòng)引起的， 797cm^-1 處的峰表明了玻璃網(wǎng)絡(luò)中硅氧四面體的Si—O—Si的拉伸振動(dòng)， 1096cm^-1 處的高強(qiáng)度尖峰則代表了Si—O—Si的非對(duì)稱伸縮振動(dòng)。圖1（d）中3個(gè)虛線標(biāo)出的吸收峰代表了玻璃網(wǎng)絡(luò)中（20 [SiO₄] 的存在[17]。此外， 1401cm^-1 處的強(qiáng)吸收峰代表了[ 單元中B—O—B鍵的伸縮振動(dòng)，它與716cm^-1 處的吸收峰共同證實(shí)了玻璃網(wǎng)絡(luò)中硼氧三面體的存在[18]。以上結(jié)果表明了硼硅酸鹽基生物活性玻璃的成功制備。

2.2 TPU-SeBSG復(fù)合纖維膜的微觀形貌

圖2為純TPU及不同比例TPU-SeBSG復(fù)合纖維膜的微觀形貌及對(duì)應(yīng)的直徑分布圖。由圖2可知，復(fù)合纖維膜的纖維直徑主要分布在 0～4.5μm ，且純 TPU纖維的平均直徑為 1.322μm ，而 SeBSG質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 1% 和 2% 的T/S1和T/S2復(fù)合纖維膜的纖維直徑分別可以達(dá)到 1.342μm 和 1.528μm ，與純TPU相比纖維的平均直徑有所增加；但隨著TPU-SeBSG復(fù)合纖維膜中SeBSG的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別增加到 3%4% 和 5% 時(shí)，復(fù)合纖維膜 T/S3，T/S4 和T/S5纖維平均直徑分別為 1.391.1.337μm 和 1.057μm 呈現(xiàn)較為明顯的減小趨勢(shì)。整體上，TPU-SeBSG復(fù)合纖維膜中纖維的平均直徑隨著SeBSG摻雜量的增加呈現(xiàn)出先增加后減小的趨勢(shì)，且纖維的直徑分布更加不均勻。這可能是由于當(dāng)SeBSG摻雜量較小時(shí)，紡絲液的黏度增加，此時(shí)黏度對(duì)紡絲直徑的影響大于電荷對(duì)于直徑的影響，得到的纖維直徑不斷增加。但隨著其摻雜量的增大，SeBSG更易在紡絲液中產(chǎn)生大量團(tuán)聚，使電紡時(shí)紡絲液出液量不勻，進(jìn)而導(dǎo)致在電紡過程中的射流很不穩(wěn)定，紡絲過程中錐體分裂產(chǎn)生的細(xì)流更多，得到的纖維直徑更小，從而形成了纖維直徑更加不均勻的纖維膜

2.3 化學(xué)組成

圖3為純TPU和不同比例TPU-SeBSG復(fù)合纖維膜的FTIR圖。如圖3所示，在 3332cm^-1 和 1531cm^-1 處的峰分別對(duì)應(yīng)著因聚氨酯中N一H的拉伸振動(dòng)和面內(nèi)彎曲振動(dòng)引起的特征峰， 2954cm^-1 的峰對(duì)應(yīng)著C—H的拉伸振動(dòng)， 1724cm^-1 位置處的強(qiáng)峰代表著聚氨酯中的氨基甲酸酯鏈段中的羰基（一H—N—CO0—）， 1220cm^-1 及 1077cm^-1 處的峰則分別對(duì)應(yīng)著醚鍵C—O—C的非對(duì)稱及對(duì)稱振動(dòng)[19]。此外， 465cm^-1 位置處的峰代表著Si—O—Si對(duì)稱彎曲振動(dòng)，且此處的峰隨著SeBSG的摻雜量的增加不斷增強(qiáng)，表明了TPU-SeBSG復(fù)合纖維膜的成功制備。

圖4為TPU-SeBSG5的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡圖及對(duì)應(yīng)的元素分布圖。從圖4中可以看出，C、O、N元素均勻分布在復(fù)合纖維膜上，且從圖中可以觀察到Si及Se元素的存在。由于Si及Se元素來自于SeBSG，這進(jìn)一步證實(shí)了SeBSG成功摻雜在TPU纖維中

2.4 孔隙率與吸水率

圖5為純TPU和不同比例TPU-SeBSG復(fù)合纖維膜的孔隙率圖。純TPU纖維的孔隙率為（ 85.90± 4.86）% ，而TPU-SeBSG復(fù)合纖維膜的孔隙率均在95 64%～98.17% 范圍內(nèi)，這種高孔隙率顯示出復(fù)合纖維更高的比表面積，在實(shí)際應(yīng)用中將更加有利于細(xì)胞的黏附及增殖。

純TPU和不同比例TPU-SeBSG復(fù)合纖維膜浸泡在去離子水中不同時(shí)間點(diǎn)處的吸水率如圖6所示。由圖6可知，純TPU纖維膜在各時(shí)間點(diǎn)處皆表現(xiàn)出最小的吸水率。隨著SeBSG摻雜量的增加，浸泡在去離子水中 60min 時(shí)TPU-SeBSG3復(fù)合纖維膜的吸水率最大，可達(dá)到 （49.12±3.94）% 。相較于純TPU纖維膜 （29.22±6.08）% 來說，復(fù)合纖維膜的吸水性有了較為顯著的提升，說明TPU-SeBSG復(fù)合纖維膜更有利于促進(jìn)細(xì)胞的營養(yǎng)供應(yīng)、黏附及生長(zhǎng)。此外，隨著SeBSG摻雜量的增加，TPU-SeBSG復(fù)合纖維膜的吸水率呈現(xiàn)先增加再減少的趨勢(shì)，這與樣品的孔隙率變化的趨勢(shì)一致，可能是SeBSG摻雜量的增加導(dǎo)致復(fù)合纖維膜的纖維直徑不均勻，從而使得纖維膜的孔隙率及吸水率皆呈現(xiàn)相同的趨勢(shì)，即說明當(dāng)纖維浸入水中時(shí)，更高的孔隙率使得纖維更加容易吸收及保存水分，表現(xiàn)為更高的吸水率。

2.5 力學(xué)性能

圖7為純TPU和不同比例TPU-SeBSG復(fù)合纖維膜的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線。從圖7可以得出，與純TPU相比，所有樣品皆呈現(xiàn)出相似的規(guī)律，即隨著SeBSG摻雜量的增加，樣品的斷裂伸長(zhǎng)率以及拉伸強(qiáng)度有所減小。以T/S2及T/S5為例，與純TPU纖維膜相比，T/S2及T/S5的拉伸強(qiáng)度由（ 6.21± 0.12）MPa分別減小到 5.62±0.05 ）MPa及（

0.13）MPa ，而斷裂伸長(zhǎng)率由（ 582.06±10.47）% 分別減小到 及 （340.29±10.76）% ，這可能是SeBSG在TPU纖維膜中發(fā)生了團(tuán)聚，導(dǎo)致纖維在拉伸過程中更容易發(fā)生滑移。結(jié)果表明：SeBSG的摻入雖會(huì)在一定程度上降低TPU的力學(xué)拉伸性能，使其與實(shí)際人骨的拉伸強(qiáng)度相比有一定差距[20]，但依舊具有高于 300% 的斷裂伸長(zhǎng)率，能夠保持纖維材料一定的韌性。

2.6 抗菌性能

在組織修復(fù)的過程中，植入物材料引起的細(xì)菌感染從而造成的炎癥仍然是一種常見的并發(fā)癥，這就要求組織工程材料具備一定的抗菌性能。圖8—圖9為純TPU纖維膜和不同比例TPU-SeBSG復(fù)合纖維膜與細(xì)菌培養(yǎng)后的平板照片和對(duì)應(yīng)的抑菌率圖。由圖8可知，相較于TPU-SeBSG復(fù)合纖維膜，與純TPU纖維膜共同培養(yǎng)的平板顯示出更多的菌落數(shù)；而TPU-SeBSG5樣品中菌落數(shù)有明顯的減少，生長(zhǎng)密度明顯小于空白組及純TPU組。通過圖9可以更直觀地看出，隨著TPU-SeBSG復(fù)合纖維膜中SeBSG質(zhì)量分?jǐn)?shù)由 0% 增加到 5% ，復(fù)合纖維膜對(duì)大腸桿菌的抑菌率由！ （33.59±2.14）% 增加到（ 62.3± 2.84）% ，對(duì)金黃色葡萄球菌的抑菌率由（ 83.71± 1.14）% 增加到 （98.88±1.04）% 。根據(jù)抑菌率數(shù)值對(duì)復(fù)合纖維膜抗菌效果評(píng)估的定義[2I]可知，TPU中SeBSG的摻入皆賦予了TPU纖維膜對(duì)于金黃色葡萄球菌的顯著抗菌效果（抑菌率大于 90% ），但TPU-SeBSG復(fù)合纖維膜對(duì)于大腸桿菌皆顯示出較弱的抗菌效果（抑菌率小于 68.4% ）。通常，生物玻璃在浸入環(huán)境溶液時(shí)會(huì)與溶液進(jìn)行迅速的離子交換，由此對(duì)環(huán)境 pH 值和滲透壓的改變被認(rèn)為是對(duì)多種好氧菌產(chǎn)生強(qiáng)大抗菌效果的原因之一[22]。這與不同含量的TPU-SeBSG復(fù)合纖維膜對(duì)于大腸桿菌及金黃色葡萄球菌的抑菌趨勢(shì)一致，即隨著TPU-

SeBSG復(fù)合纖維膜中SeBSG摻雜量的增加，復(fù)合纖維膜與環(huán)境溶液交換的離子濃度會(huì)更高，抗菌結(jié)果表現(xiàn)出明顯的SeBSG劑量依賴性。

2.7 生物活性分析

礦化能力是評(píng)價(jià)骨修復(fù)材料性能的重要指標(biāo)之一。圖10為純TPU纖維膜和TPU-SeBSG5復(fù)合纖維膜在SBF中浸泡28d的SEM圖及相應(yīng)的EDS圖。如圖10所示，純TPU纖維膜在SBF中浸泡28d后表面出現(xiàn)一些針尖狀的沉積物，而TPU-SeBSG5復(fù)合纖維膜則完全被沉積物覆蓋，難以觀察到裸露的纖維。通過EDS可以明顯觀察到，TPU-SeBSG5復(fù)合纖維膜具有更高的Ca和P元素含量占比。通過計(jì)算 Ca/P 比值，純TPU纖維膜表面的沉積物Ca/P 比值為1.43，而TPU-SeBSG5復(fù)合纖維膜表面的沉積物 Ca/P 比值為1.56，這與人骨中 Ca/P 理論比值1.67更加接近，說明TPU-SeBSG5復(fù)合纖維膜顯示出更加優(yōu)異的體外生物活性。

為了進(jìn)一步探究TPU-SeBSG復(fù)合纖維膜中SeBSG含量對(duì)于復(fù)合纖維膜生物活性的影響及探究纖維表面沉積物的成分，對(duì)所有纖維膜在SBF中浸泡 28d 后的樣品進(jìn)行紅外表征。圖11為純TPU和不同比例TPU-SeBSG復(fù)合纖維膜在SBF中浸泡 28d 的FTIR。從圖11中可見， 557cm^-1 及 603cm^-1 處的峰為 PO₄^3- 基團(tuán)中P—O鍵的彎曲振動(dòng)，而 1020cm^-1 處的強(qiáng)峰則代表了 PO₄^3- 基團(tuán)中P—O鍵的伸縮振動(dòng)，皆為羥基磷灰石的特征峰[23]，證明了纖維表面的沉積物質(zhì)即為羥基磷灰石。且由圖11可知，隨著復(fù)合纖維膜中SeBSG摻雜量的增加， 557cm^-1 及1020cm^-1 處的峰明顯增強(qiáng)，說明了SeBSG的摻人明顯提高了復(fù)合纖維膜的生物活性，顯示出了其在組織工程領(lǐng)域中的應(yīng)用潛力。

2.8 生物相容性

為評(píng)價(jià)TPU-SeBSG復(fù)合纖維膜的細(xì)胞毒性，將所有樣品與小鼠前成骨細(xì)胞（MC3T3-E1）共培養(yǎng)，測(cè)定細(xì)胞在不同培養(yǎng)時(shí)間點(diǎn)處的增殖情況。其中，將計(jì)算得出的純TPU纖維膜的細(xì)胞存活率設(shè)為100% ，TPU-SeBSG復(fù)合纖維膜的相對(duì)細(xì)胞活力結(jié)果如圖12所示。從圖12中可以明顯看出，在所有培養(yǎng)時(shí)間點(diǎn)處，隨著復(fù)合纖維膜中SeBSG含量的增加，MC3T3-E1前成骨細(xì)胞的細(xì)胞活力呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，且細(xì)胞在樣品TPU-SeBSG3顯示出最高的細(xì)胞活力，在 24h 及 48h 處的細(xì)胞活力分別可以達(dá)到（ （172.34±1.91）% 及 （185.51±5.33）% ，這與TPU-SeBSG復(fù)合纖維膜孔隙率及親水性能隨SeBSG摻雜量的增加顯示出的變化趨勢(shì)一致。隨著培養(yǎng)時(shí)間的增加，所有樣品都顯示出了更高的細(xì)胞活力，T/S1、T/S2、T/S4和T/S5纖維膜的細(xì)胞活力分別由 （119.38±3.17）%.（128.59±1.23）%.（132.36） 132.91± 0.59）% 和 （125.72±0.54）% 增加到 （144.62±3.17）% 、（ 140.79±4.16）% 、（ 145.77±2.66）% 和 （143.36± 4.76）% 。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)IS010993—5：2009（E）《醫(yī)療器械的生物學(xué)評(píng)價(jià)-第五部分：體外細(xì)胞毒性試驗(yàn)》，所獲得的TPU-SeBSG復(fù)合纖維膜的相對(duì)細(xì)胞活力高于 75% ，生物相容性高于可接受水平。以上說明在TPU纖維中加人SeBSG能夠促進(jìn)細(xì)胞的增殖，提高纖維膜的生物活性

3結(jié)論

本文采用SeBSG對(duì)TPU進(jìn)行改性，經(jīng)靜電紡絲制備了TPU-SeBSG復(fù)合纖維膜，并對(duì)制備的復(fù)合纖維膜的理化性能、抗菌性能、生物活性及生物相容性進(jìn)行了研究，主要結(jié)論如下：

a）TPU-SeBSG復(fù)合纖維膜中纖維的平均直徑及復(fù)合纖維膜的孔隙率皆隨SeBSG摻雜量的增加先增大后減小。隨著SeBSG摻雜量的增加，TPU-SeBSG3復(fù)合纖維膜的孔隙率最高，可達(dá)到 98% 。

b）SeBSG的摻人改善了純TPU纖維膜的親水性能且能夠保持纖維材料良好的力學(xué)拉伸性能。其中，TPU-SeBSG中SeBSG質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 3% 的復(fù)合纖維膜吸水率最高，可達(dá) （49.12±3.94）% ，相較于純TPU纖維膜的吸水率能夠提升 20.10% 。此外，TPU-SeBSG3復(fù)合纖維膜的斷裂伸長(zhǎng)率能夠保持在400% 以上。

c）TPU-SeBSG復(fù)合纖維膜對(duì)金黃色葡萄球菌表現(xiàn)出了顯著抗菌性，且隨著SeBSG摻雜量的增加，復(fù)合纖維膜的抗菌能力逐漸增強(qiáng)，生物活性及生物相容性也逐漸提高。當(dāng)TPU-SeBSG中SeBSG的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 3% 時(shí)，TPU-SeBSG復(fù)合纖維膜在保持優(yōu)良生物活性及抗菌性能的同時(shí)，能夠在所有培養(yǎng)時(shí)間內(nèi)顯示出最高的細(xì)胞活力，在生物醫(yī)學(xué)的組織工程領(lǐng)域中表現(xiàn)出更優(yōu)的應(yīng)用潛力。

綜上，本文制備的TPU-SeBSG復(fù)合纖維膜具有優(yōu)異的理化性能、良好的生物活性和生物相容性以及一定的抗菌性能，表明其在生物醫(yī)學(xué)的組織工程領(lǐng)域中具有良好的應(yīng)用前景，

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Abstract： Currently，due to the enormous annual market demand for bone repair and replacement materials that enable rapid recovery from hard tissue injury diseases，it is highly necessary to develop biomaterialswithcertain bioactivity for bone defect repair，replacement，and even regeneration.In the field of bone tisse engineering， thermoplastic polyurethane（TPU） is a synthetic polymer that is considered one of the most promising biopolymers due to its exceptional mechanical properties and excellent biocompatibility.However，the application of TPU in bone tissue engineering islimited byitsinsufficient bioactivityandability to inducetheproliferationand differentiation of related osteoblasts.Borosilicate bioglass has attracted widespread attention from researchers due to its complete degradabilityafter implantation and its easier complete conversion into hydroxyapatite.At the same time，theaddition of trace element Se can further enhance the material'sproperties and colectively promote tissue repair.

Inthis study， TPU-SeBSG bone repair composites were prepared using electrospinning technology with thermoplastic polyurethane （TPU）and borosilicate bioactive glass （SeBSG）as raw materials.The efects of doping with different mass fractions of borosilicate bioactive glasson the micromorphologyand chemical structure of the composites were investigated using field emission scanning electron microscopy（FESEM）and Fourier transform infrared spectroscopy （FTIR）.Subsequently，the physicochemical properties，in vitro antibacterial properties，in vitro bioactivity and biocompatibilityof TPU-SeBSG composite fiber membranes were examined，and the influence of diferent SeBSG doping amounts on the physicochemical properties and invitro biological propertiesof TPUSeBSG composite fiber membranes was analyzed.

The results indicated that as the doping amount of SeBSG in TPU-SeBSG increased，the fiber diameter first increased and then decreased，and the distribution of fiber diameters became more uneven. Infrared spectrogram and elemental map verified that SeBSG was succesfully loaded onto the fiber membranes，and the presence of SeBSG did not undergo a chemical reaction with TPU to modifyits chemical structure.In terms of physicochemical properties，the TPU-SeBSG composite fiber membranes exhibited high porosity，and the hydrophilic property of the composite fiber membrane was optimal when the mass fraction of SeBSG reached 3% .The mechanical tensile properties of the TPU-SeBSG composite fiber membranes decreased with the addition of SeBSG，but the minimum elongation at break could be maintained above 300% . In terms of in vitro biological properties， the TPU-SeBSG composite fiber membranes exhibitedsignificant antibacterial activity against Staphylococusaureus，aswell as excelent in vitro bioactivityand good in vitro biocompatibility.Based ontheabove experimental conclusions，itcan be inferred that the TPU-SeBSG composite fiber membranes exhibit the best overall performance when the mass fraction of SeBSG reaches 3% ， indicating its good application prospects in the field of bone tissue engineering in biomedicine.

Keywords： thermoplastic polyurethane （TPU）； borosilicate bioactive glass （SeBSG）；electrospinning;in vitro bioactivity； biocompatibility