除具备生物相容性好、比表面积大及孔隙率高等特点外，三维组织工程支架还必须具有良好的机械强度，但静电纺纳米纤维膜的力学性能较差，限制了其在生物支架材料方面的广泛应用。将纳米纤维加捻成连续的纱线可有效提升材料的力学性能，同时平行排列的纳米纱线加捻后可作为经纱和纬纱并按照不同的织物结构形成机织物，该织物可以模拟天然骨的细胞外基质［23］。
图9-5 静电纺纳米纱线示意图
与普通静电纺丝装置不同的是，静电纺PLGA/TSF纳米纱线的装置（图9-5）包括金属漏斗收集器、2个呈对称分布的喷丝头和络纱机。纺丝液在针头处形成射流后在电场中受到拉伸，溶剂挥发、固化，最终沉积在漏斗收集器上，收集器旋转形成的气流对纳米纤维束取向加捻最终卷绕在络纱机的辊筒上，得到连续的加捻纳米纱线［24-25］。再经过机织工艺得到经纱密度为300根/10cm，纬纱密度为500根/10cm，厚度为（2.0±0.1）mm的三维织物［26］，其结构示意图如图9-6（a）所示。从织物的实物图［图9-6（b）］可以看出，经纱和纬纱相互交织互锁形成统一的整体，且平行排列的纱线与胶原纤维的排列相似。纱线的微观结构表明，纳米纤维沿着纤维轴向平行紧密堆积，柞蚕丝素蛋白纳米纤维的平均直径约为500nm［图9-6（c）］，通过加捻得到的纱线直径为85μm。图9-6（d）为组织工程支架的应力—应变曲线，PLA/TSF三维编织织物拉伸断裂强度高达180.36MPa，断裂伸长率为20.4%，杨氏模量为417.65MPa，高于相同原料的纳米纤维非织造布［27］。
图9-6 PLA/TSF纳米纤维膜的（a）3D结构示意图，（b）实物图；（c）纳米纱线的SEM图；（d）相关组织工程支架的应力—应变曲线
细胞的矿化是成骨细胞分化成熟的标志，将成骨细胞在PLA和PLA/TSF三维机织组织工程支架上培养14天后观察其细胞外基质矿化情况（图9-7）。经过PLA/TSF组织工程支架培养后，矿物质含量丰富，细胞矿化后的钙磷比为1.58±0.09，仅略低于天然羟基磷灰石的钙磷比（1.67）［28］。
为了评估骨的体外再生性，将矿化后的PLA/TSF组织工程支架移植入骨损伤的兔股骨髁部。图9-8为损伤部位修复过程的微计算机断层扫描技术（Micro-CT）图片，从图中可以看到，与空白培养基上的断裂部位相比，PLA/TSF组织工程支架诱导形成了密集的矿化组织，矿物质含量和密度都有所增加，经过12周的培养后，破损部位的矿物质密度可达（732±56）mg/cm3，接近于股骨髁上小梁骨的密度（800mg/cm3）［29］，表明PLA/TSF复合组织工程支架可显著提高骨愈合速度。(www.xing528.com)
图9-7 不同放大倍数的各纤维支架上矿物质表达的SEM图：（a）和（b）经PLA纳米纤维膜组织工程支架培养；（c）和（d）经PLA/TSF纳米纤维膜组织工程支架培养
图9-8 损伤兔股骨踝经PLA/TSF组织工程支架修复过程中的Micro-CT图
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