建立具有合适的三维多孔结构仿生支架一直是组织工程面临的一大挑战。传统的2D电纺支架存在孔隙小、孔尺寸单一的缺点，细胞在该类支架上的生长受到限制。水结冰是自然界中常见的现象，控制结冰过程可获得尺寸不同的冰晶，冰晶升华后便会留下大小不一的空间。利用此原理可制备尺寸可控的多孔材料，且制备过程绿色安全，对保证组织工程支架良好的生物相容性具有重要意义。
背景图片来源：http://ww2.sinaimg.cn/large/bdf8672djw1e69hr4pdisg20b40fk1kx.gif
东华大学纤维材料改性国家重点实验室，材料学院张耀鹏、邵惠丽教授领衔的生物质材料成型与加工课题组利用低温静电纺技术制备了具有梯度孔结构的丝素蛋白支架。本研究在课题组传统丝素蛋白水溶液静电纺丝的基础上，通过设计具有可控温度的低温接收装置（如图1A）来用于静电纺丝，由于纤维沉积过程伴随着冰晶的生长，通过进一步调节纺丝环境湿度可以改变冰晶尺寸大小，进而获得具孔尺寸可调的静电纺丝纤维支架。相比于传统的2D电纺膜，这种低温电纺支架厚度显著提高，可达5mm以上，从而具有3D结构（如图1B、1C）。
图1. 低温电纺丝素蛋白3D支架。(a)低温接收电纺装置示意图, (b) 纤维支架宏观形貌，(c) 3D纤维支架的CT重构图。
进一步通过调控接收装置的温度（室温、-80℃、-50℃），可控制支架的平均孔直径分别为5.9±1.4 μm、11.6±1.4 μm、37.2±12.9 μm。结合这种多步电纺，可制备出具有梯度孔结构的静电纺丝丝素蛋白3D支架，这与人体中的部分组织结构类似。外层的大孔结构非常有利于细胞由表面向支架内部渗透，这种梯度孔结构支架对细胞粘附、渗透以及组织再生具有重要意义。
该论文与上海交通大学第六人民医院及山东大学合作完成。2018年9月，该成果发表在Material Science and Engineering C期刊上，博士生黄利为该论文第一作者。
图2. 静电纺梯度孔结构丝素蛋白支架促进细胞渗透
（原文链接：https://doi.org/10.1016/j.msec.2018.09.034）
Li Huang, Jianwen Huang, Huili Shao, Xuechao Hu, Chengbo Cao*, Suna Fan, Lujie Song, Yaopeng Zhang*, Silk Scaffolds with Gradient Pore Structure and Improved Cell Infiltration Performance, Mat. Sci. Eng. C-Mater., 2019,94,179-189
