增强基于PCL的固定化FVII膜的纳米力学性能和降解特性：利用双模AM-FM粘弹性成像技术

《Polymer》：Enhancement of nanomechanical and degradation properties of FVII immobilised PCL-based membrane: Utilisation of bimodal AM-FM viscoelastic mapping

本研究采用双频调幅-调频振动接触模式原子力显微镜评估固定化因子VII的PCL膜纳米力学性能，体外降解60天后显示杨氏模量提升至86.8±4.1 MPa，表面粗糙度增加但结构稳定，证实该膜适合作为止血敷料。

　　这项研究聚焦于一种创新的方法，即将凝血因子VII（FVII）固定在聚己内酯（PCL）膜上，以提升PCL膜的降解性能，同时保持其机械强度，从而开发出一种用于止血的敷料材料。PCL作为一种广泛应用于药物输送和伤口护理的生物可降解聚合物，因其良好的生物相容性、可塑性和与其他材料的高相容性而备受关注。然而，PCL膜的降解速度相对较慢，这在某些医疗应用中可能成为限制因素。因此，通过引入FVII，不仅能够增强止血效果，还可能促进PCL膜的降解过程，使其更适用于体内环境。

FVII是一种维生素K依赖的凝血因子，在血液凝固过程中起着关键作用。它通过与组织因子结合，启动外源性凝血级联反应，从而在组织损伤时迅速响应，减少出血。这种因子的高特异性使得其仅在受伤部位被激活，避免了在全身范围内形成血栓的风险。此外，FVII已被用于治疗出血性疾病患者，并在重大手术中用于控制严重出血。因此，将FVII固定在PCL膜上，不仅可以发挥其止血功能，还可能通过调控PCL膜的降解特性，提高其在实际应用中的性能。

为了评估FVII固定后的PCL膜的纳米机械性能，研究人员采用了双模振幅调制-频率调制（AM-FM）粘弹性映射技术。这是一种基于原子力显微镜（AFM）的先进方法，能够提供高分辨率和高精度的机械特性分析。与传统的接触共振模式相比，AM-FM模式在操作过程中通过轻敲模式和双频技术，避免了对样品的直接破坏，同时提高了测量的稳定性。该模式能够同时获取弹性信息和粘弹性信息，包括杨氏模量、接触刚度、储能模量、能量耗散以及损耗角和损耗模量等，这些数据对于理解PCL膜在降解过程中的结构稳定性至关重要。

研究结果显示，FVII的固定显著提高了PCL膜的杨氏模量，使其从74.3±2.1 MPa提升至86.8±4.1 MPa。这表明，FVII在膜表面的固定不仅增强了其机械强度，还在局部区域形成了强化效应。在这些区域，膜的刚度更高，显示出更强的抗变形能力。相比之下，较小的FVII固定区域则表现出较低的刚度，这可能与固定密度和分布有关。此外，FVII的固定还促进了PCL膜的表面粗糙化，这在降解过程中有助于水解降解，从而释放出温和的酸性聚合物降解产物。经过60天的体外降解测试，固定了最高浓度FVII的PCL膜大约有25%的重量损失，显示出较快的降解速度，这为细胞的渗透和生长提供了更多的空间。

值得注意的是，尽管PCL膜经历了降解过程，其纳米机械性能的变化相对较小，这表明其结构稳定性得到了保持。这种稳定性使得PCL膜在降解过程中仍能提供有效的物理屏障，从而防止进一步的出血。同时，由于FVII的固定增强了膜的机械性能，使其在体外环境中表现出良好的柔韧性和适应性，这使其更适用于复杂的组织结构。这种特性对于开发一种能够适应组织表面并促进组织修复的止血敷料具有重要意义。

在材料的选择和制备方面，研究人员使用了聚己内酯（PCL）和聚乙二醇（PEG）的混合物作为基底材料。PEG作为一种亲水性聚合物，能够改善PCL膜的亲水性，使其更适合与生物分子相互作用。此外，PEG的加入还能够加速PCL膜的降解过程，从而为细胞的生长和迁移提供更适宜的环境。然而，PEG的分子量对降解行为具有重要影响。低分子量的PEG在水浸过程中容易被释放，导致初始的重量损失，并进一步影响混合材料的降解模式。因此，研究人员在制备过程中对PEG的分子量进行了优化，以确保其既能改善PCL膜的性能，又不会影响其降解行为。

在固定FVII的过程中，研究人员采用了聚多巴胺（PDA）作为中间层。PDA是一种具有自粘附特性的聚合物，能够通过多巴胺的儿茶酚基团和氨基基团的活化键合，将各种生物分子和元素固定在材料表面。这种技术为FVII的固定提供了更多的选择和更高的效率。PDA的引入不仅增强了FVII与PCL膜之间的结合力，还提高了膜的表面功能化程度，使其更适用于体内环境。此外，PDA的使用还能够改善PCL膜的表面粗糙度，从而促进FVII的固定和释放。

在研究方法上，除了采用AM-FM模式进行纳米机械性能分析，研究人员还进行了体外降解测试。该测试通过将膜浸泡在特定的溶液中，模拟体内环境，评估其在不同时间点的降解行为。测试结果显示，PCL膜在降解过程中表现出表面粗糙化的趋势，这有助于水解反应的进行，并促进降解产物的释放。然而，尽管膜的降解速度有所提高，其纳米机械性能的变化仍然较小，这表明其结构稳定性得到了保持。这种稳定性使得PCL膜在降解过程中仍能维持其物理屏障功能，从而防止进一步的出血。

此外，研究还探讨了FVII的固定对PCL膜机械性能的影响。结果显示，FVII的固定不仅提高了膜的杨氏摸量，还增强了其接触刚度和能量耗散能力。这些机械性能的改善使得PCL膜在体内环境中能够更好地适应组织的运动，同时提供足够的支撑力，防止组织移位或破裂。相比之下，未固定FVII的PCL膜则表现出较低的机械性能，这可能限制了其在止血应用中的效果。

在讨论部分，研究人员进一步分析了FVII固定对PCL膜性能的影响。结果显示，FVII的固定显著提高了膜的机械强度，使其在降解过程中仍能保持良好的结构完整性。这种结构完整性不仅有助于防止进一步的出血，还能够促进组织的整合和修复。此外，FVII的固定还增强了膜的表面粘附能力，使其在体内环境中能够更好地与组织接触，从而提高止血效果。相比之下，未固定FVII的PCL膜则表现出较低的粘附能力，这可能影响其在止血应用中的效果。

研究还探讨了FVII固定对PCL膜降解行为的影响。结果显示，FVII的固定促进了PCL膜的降解过程，使其在60天内达到较高的降解率。这种降解行为的改善使得PCL膜能够更快地适应体内环境，并释放出更多的降解产物，从而为细胞的渗透和生长提供更适宜的条件。然而，尽管降解速度有所提高，膜的纳米机械性能仍然保持稳定，这表明其结构完整性得到了有效维持。这种稳定性对于开发一种能够长期维持物理屏障功能的止血敷料具有重要意义。

此外，研究还分析了FVII固定对PCL膜表面特性的影响。结果显示，FVII的固定显著提高了膜的表面粗糙度，这在降解过程中有助于水解反应的进行，并促进降解产物的释放。然而，尽管表面粗糙度有所增加，膜的机械性能仍然保持稳定，这表明其结构完整性得到了有效维持。这种稳定性对于开发一种能够长期维持物理屏障功能的止血敷料具有重要意义。

研究还探讨了FVII固定对PCL膜在体外环境中的适应性。结果显示，FVII的固定显著提高了膜的柔韧性和适应性，使其能够更好地贴合组织表面，并适应组织的运动。这种适应性对于开发一种能够长期维持物理屏障功能的止血敷料具有重要意义。此外，FVII的固定还增强了膜的表面粘附能力，使其在体内环境中能够更好地与组织接触，从而提高止血效果。

在结论部分，研究人员指出，FVII固定后的PCL膜在60天的体外降解测试中表现出良好的机械性能和降解稳定性。这种稳定性不仅有助于防止进一步的出血，还能够促进组织的整合和修复。此外，FVII的固定还增强了膜的表面粘附能力，使其在体内环境中能够更好地与组织接触，从而提高止血效果。因此，这项研究为开发一种能够长期维持物理屏障功能的止血敷料提供了新的思路和方法。

总体而言，这项研究通过引入FVII并采用AM-FM模式进行纳米机械性能分析，不仅提升了PCL膜的止血功能，还改善了其降解特性。这种改进使得PCL膜在体内环境中能够更好地适应组织的运动，同时保持其结构完整性，从而提供有效的物理屏障。此外，FVII的固定还增强了膜的表面粘附能力，使其在体内环境中能够更好地与组织接触，从而提高止血效果。这些发现为开发一种能够长期维持物理屏障功能的止血敷料提供了新的思路和方法。