纳米纤维研究现况

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海藻酸钠

海藻酸钠是从海藻植物中提炼的多糖物质。海藻酸纤维具有高吸湿成胶性、高透氧性、生物相容性、生物降解吸收性、高离子吸附性等优异特性。当海藻酸纤维作用于伤口接触层时，它与伤口之间相互作用而产生海藻酸钠、海藻酸钙凝胶。这种凝胶是亲水性的，并且可使氧气通过而细菌不能通过。与传统敷料相比，海藻酸敷料吸湿性高，止血性能好，生物相容性好，能促进伤口愈合，伤口复愈后可无疼痛地揭除。由于海藻酸钠纳米纤维在生物医学领域的潜在应用价值，近几年来引起人们的浓厚研究兴趣[2]。Nie等[3]通过在海藻酸钠水溶液中加入了共溶剂甘油来实现单组分海藻酸钠溶液的静电纺丝。研究发现：固定海藻酸钠溶液的质量分数为2%，当甘油和水的体积比为2∶1时，静电纺喷射流变得稳定、连续，制备了平均直径约为200nm的均匀光滑超细纤维。由于体系中甘油的高沸点及其与海藻酸钠分子链之间强烈的氢键作用，使得射流在拉伸细化的过程中，溶剂难以挥发，纤维难以固化，因此研究者还采用了一种独特的收集装置，即将收集铜网完全浸泡在含CaCl2的乙醇/水凝固浴中，来达到萃取纺丝溶剂、固化交联海藻酸钠纤维的目的。谢红等[4]以质量分数为3%的氯化钙/无水乙醇溶液为交联剂，分别制备了交联时间为13h和20h的改性盐酸莫西沙星/聚乙烯醇/海藻酸钠静电纺纤维，然后将载药纤维于pH值为7．4的人工模拟体液中进行药物体外释放研究。结果发现：随着交联时间的增加，药物释放速度减慢，且采用氯化钙/无水乙醇溶液为交联剂改性的聚乙烯醇/海藻酸钠静电纺纤维的耐水和溶胀性能良好，将更适合于用作难愈合且有渗出液的伤口的敷料。

天然纤维素

Han等[5]利用纤维素纤维制备双面仿细胞外壁支架，以膀胱矩阵为模型，醋酸纤维素为原料，通过静电纺丝的方法成功地制备了三维多孔的复杂结构。中国科学院广州化学所的黄勇等[6]制备了羟丙基甲基纤维素磷酸盐（HPMCP）和红霉素（erythromycin）的复合纤维，并且研究了红霉素在人工胃液和人工肠液内的释放情况，发现红霉素在人工肠液内的释放速率比在人工胃液内的释放速率高2.5倍左右。Xu等[7]认为：纤维素溶液体系的高溶液黏度及高表面张力不利于纤维素纺丝过程的连续与稳定，而以1-烯丙基-3-甲基氯咪唑盐（AMIMC）l作为溶剂，通过加入共溶剂二甲基亚砜（DMSO），可以大大降低纺丝液的表面张力及黏度，从而使纤维素溶液的静电纺丝喷射流趋于稳定、连续。DMSO的加入在一定程度上改善了链的运动能力，从而在电场力作用下能得到稳定、连续的喷射流。

明胶

明胶电纺纳米纤维可以模拟人体多种组织的细胞外基质的结构，应用于生物医药、组织工程等领域，因此明胶电纺纳米纤维的研究正受到越来越多的关注。Huang等[10]把明胶溶于三氟乙醇（TFE）进行静电纺丝，发现溶液质量分数在5%~12.5%之间可顺利完成明胶的连续纺丝，制备的纤维平均直径分布在100~340nm之间。由于TFE也是聚己内酯的良好溶剂，他们还制备了明胶/聚己内酯静电纺纤维，并考察了共混纤维膜作为细胞组织工程支架的性能。经过材料的细胞培养试验发现：明胶的加入提高了聚己内酯纤维的亲水性，从而共混纤维膜具有良好的细胞黏附性。Ramakrishna等[11]以TFE为溶剂制备了明胶静电纺纳米纤维后，在保持明胶纳米纤维形貌的基础上，采用戊二醛蒸气交联的方法改善了明胶纤维的耐水性，为明胶纤维真正在生物医学领域的应用创造了有利条件。Rujitanaroj等[12]将明胶溶解在含有质量分数2.5%的AgNO3纳米粒子的乙酸溶液中，制得了平均直径约为230nm的超细纤维。经戊二醛蒸气交联后，发现Ag+在模拟体液的环境中具有较好的缓释效果。经抗菌测试发现，含Ag+的明胶静电纺纤维膜具有良好的抗菌效果，有望应用于医用创伤敷料。

胶原蛋白

由胶原蛋白静电纺纳米纤维制备的多孔构造有利于细胞的黏附，作为细胞外基质成分可以促进细胞诱导分化。目前，国外已有较多胶原基医学材料的研究和专利报道，而国内的研究与临床应用还处于起步阶段。Bowlin等[13]使用六氟异丙醇（HFIP）作为溶剂，将胶原蛋白通过静电纺丝，首次制备了胶原蛋白纳米纤维。Yung等[14]以TFE和HFIP作为混合溶剂，将胶原蛋白和黏多糖（glycosaminoglycan，GAG）的共混溶液进行静电纺丝，制备了胶原蛋白/GAG复合纳米纤维膜。通过细胞培养试验发现：胶原蛋白的引入有效地提高了细胞在GAG上的黏附性，制备的静电纺纳米纤维膜有望在未来组织工程支架上得到应用。Feijen等[15]把胶原蛋白和聚环氧乙烯溶解在盐酸/水混合溶剂中进行静电纺丝，得到了胶原蛋白/聚环氧乙烯共混纳米纤维膜，并使用1-乙基-（3-二甲基氨基丙基）碳化二亚胺盐酸盐（EDC）和N-羧基琥珀酰亚胺（NHS）作为交联剂制备出具有良好抗水性能的胶原蛋白纤维，该材料在人造血管方面展示了很好的应用潜力。Min等[16]用戊二醛交联胶原蛋白制备出静电纺纳米纤维，并研究其对生物体伤口早期愈合方面的影响，发现胶原蛋白纤维膜由于具备多孔隙、高比表面积等特点，特别有利于细胞黏附、生长和繁殖。实验鼠伤口愈合试验表明：胶原蛋白纤维特有的结构能有效地促进伤口愈合速度，证明了静电纺丝工艺在制备新型生物材料方面的优势。

甲壳素和壳聚糖

靳钰[18]利用静电纺丝法制备了壳聚糖/羟基磷灰石复合纳米纤维膜，通过共混和原位矿化沉积的方法将羟基磷灰石负载于壳聚糖纤维表面。研究发现：采用共混方法时，羟基磷灰石的加入增加了纤维膜的刚性，但是更高含量的羟基磷灰石会导致纳米颗粒在纤维中的团聚，从而导致材料容易发生断裂。细胞毒性试验（MTT法）表明：壳聚糖/羟基磷灰石纤维对小鼠成纤维细胞（L929）没有毒性，细胞在纺丝支架上培育48h后，发现与纤维膜黏附紧密，生长状况良好。陈宗刚[19]以体积比为9/1的HFIP/TFE为混合溶剂，制备出了胶原蛋白/壳聚糖静电纺纳米纤维。通过戊二醛蒸气对胶原蛋白/壳聚糖共混静电纺纤维膜进行交联后，发现纤维膜的平均断裂强度都有不同程度的提高，平均断裂延伸度有所减小。从细胞黏附、增殖、细胞形态等方面对小鼠的心肌主动脉平滑肌细胞与胶原蛋白/壳聚糖静电纺纤维材料的细胞相容性进行了研究，并将其与盖玻片及细胞培养板的细胞相容性做了比较，发现静电纺壳聚糖、质量比2∶8的壳聚糖/胶原蛋白、质量比5∶5的壳聚糖/胶原蛋白纤维膜的细胞黏附量和细胞增殖情况都比细胞培养板上的强。这为开展组织工程化人工器官的研究以及临床应用提供了重要的试验依据。

本文作者：赖明河陈向标陈海宏作者单位：揭阳市质量计量监督检测所