静电纺丝制备生物医用敷料研究进展

综述与专论　合成纤维工业，２０１２，３５（３）：４４ＣＨＩＮＡ　ＳＹＮＴＨＥＴＩＣ　ＦＩＢＥＲ　ＩＮＤＵｓＴＲＹ　

静电纺丝制备生物医用敷料研究进展　

江创生，陈向标　

（揭阳市质量计量监督检测所，广东揭阳５１５３００）　

摘　要：介绍了静电纺丝的原理以及静电纺丝纤维膜作为医用敷料的优点；综述了国内外静电纺丝制备医　用敷料的研究进展，包括用于体外创伤护理、皮肤再生和具有定向药物释放功能的静电纺丝医用敷料。指出　静电纺丝纳米纤维医用敷料作为一种高科技的功能性敷料，具有良好的发展前景。　关键词：静电纺丝医用敷料应用进展　中图分类号：ＴＱ３４０．６４　文献标识码：Ａ　文章编号：１００１—００４１（２０１２）０３．００４４—０３　

静电纺丝技术是近年来发展较快的制备纳米　纤维的一种重要方法，该方法通过使带有电荷的　

高分子熔体或者溶液在高压静电场中喷射、拉伸、　固化或者溶剂挥发，最终形成纳米纤维。静电纺　丝制备的纳米纤维具有高的比表面积、可调控的　孔径和延展性，从而能将其制成各种尺度和形状；　

另外静电纺丝纤维的组成成分具有可控性，可根　据需要获得不同的特性和功能¨Ｊ。因而，在生物　

医用材料、过滤材料、传感器及电子器件等方面具　

有广泛的应用前景。在生物医用材料领域，具有　上述优异特性的静电纺丝超细纤维膜还在一定程　度上具有仿生细胞外基质（ＥＣＭ）的结构和生物　学功能，为细胞的粘附、增殖和分化提供理想的微　

环境　。因而静电纺丝可以制备出性能优良的　生物医用敷料。　

１静电纺丝的原理　

静电纺丝的设备一般由纺丝溶液的定量输送　装置、高压静电发生器、纺丝组件、纤维接收器等　组成。其原理为：聚合物溶液或熔体在高压静电　的作用下，在喷丝头流出形成Ｔａｙｌｏｒ锥，当电场强　

度达到一个临界值时，电场力克服液体的表面张　力，在喷丝口处形成一股带电的喷射流。聚合物　

喷射流从Ｔａｙｌｏｒ锥处向接收装置飞跃的过程中被　拉长、细化，同时溶剂蒸发或固化，落在接收装置　上，形成类似非织造布状的纳米纤维毡　ｊ。　

２静电纺纤维膜作为医用敷料的特点　

静电纺纤维膜作为伤口敷料具有以下几个　特点　引：　

（１）吸液率高。静电纺纤维膜具有很高的孔　隙率，与同等材料的流延膜相比，其对伤口组织液　的吸收率吸液率明显提高，并可使伤口保持理想　

的湿润程度。　（２）半渗透性。静电纺纤维膜敷料有良好的　

透气性有利于细胞的呼吸作用，同时纳米纤维膜　里面的微孔还可有效保护伤口免受细菌侵入。　

（３）止血效果好。静电纺纤维膜有很高的比　表面积，能有效地能提高伤口的止血速度，尤其是　使用纤维蛋白原为原料的超细纤维膜对伤口的止　血性优异。　

（４）与伤口一致性。静电纺纤维膜具有很好　的柔软的特性，可以随伤口的形状进行裁剪，与伤　口一致性好，可以更好的保护伤口。　

（５）功能性。通过静电纺丝的方法可以使伤　口敷料具有生物活性，例如加入杀菌剂、消炎药　

物、生长因子甚至活细胞，以加强敷料的功效。另　外，静电纺纤维膜敷料还可将多层膜的功能复合　在一层膜中，同时能减少更换敷料的次数。　

（６）环保。利用可降解的聚合物溶液或熔体　静电纺丝制得的敷料，其废弃物易于处理，不仅可　

以节省大量的棉纱资源，而且可以减轻对环境的　污染。　

３静电纺丝制备生物医用敷料研究进展　３．１用于体外创伤护理的敷料　静电纺纤维柔软、轻薄而且布满了纳米孔隙，　可以和创口充分弥合，一方面减轻外部环境对伤　

收稿日期：２０１２－０１－０７；修改稿收到日期：２０１２—０４－１７。　作者简介：江创生（１９７５一），男，工程师，从事纺织品标准　研究。Ｅ—ｍａｉｌ：ｊｄｊｃｓ＠１６３．ｔｏｍ。　通讯联系人。Ｅ—ｍａｉ

ｌ：ｃｘｂｌ７＠１２６．ｅｏｍ。　第３期　江创生等．静电纺丝制备生物医用敷料研究进展　４５　

口的刺激，保护创面体液不至于过快地蒸发变干，　同时保证创面能够接触到外界新鲜的氧气，以利　

于细胞的修复、生长；另一方面，静电纺丝纳米纤　维可以滤去空气中的绝大部分的细菌和微尘，避　

免伤口受到感染。经过静电纺丝纤维敷料处理的　创口，往往愈合良好，不留疤痕　Ｊ。　

顾书英等　通过静电纺丝的方法制备了聚　乳酸（ＰｕＡ）、明胶／ＰｕＡ和壳聚糖／ＰＬＬＡ　３种　纳米纤维毡。研究表明，明胶／ＰＵＡ、壳聚糖／ＰＬ—　

ＬＡ复合纳米纤维毡的吸水和保水性能都有明显　的提高，水蒸气通透性略有下降，可以作为理想的　创面敷料材料。Ｍ．Ｓ．Ｋｈｉｌ等　制成了一种聚氨　

酯（ＰＵ）电纺膜，研究表明：该ＰＵ电纺膜孔隙率　高且孔径极小，不但具有可控的水蒸气蒸发速率、　良好的氧气透过性而且拥有优良的阻止外界病菌　

人侵的能力；用这种电纺膜制成的伤口敷料与皮　肤粘附极好，而且吸收性强，避免渗出物在患处大　

量聚积；组织实验证实该膜能够加速上皮细胞迁　移，对伤口愈合有促进作用　’　。　

徐雄立　以明胶和壳聚糖作为主要原料，采　用静电纺丝的方法制备了含有纳米银的明胶基纳　米纤维凝胶，用来制备抗菌型水凝胶敷料。研究　

发现该含银纳米纤维膜经紫外光照射后可以达到　缓慢释放出银离子的效果，且对绿脓杆菌和金黄　色葡萄球菌具有较好的抑菌性能，发现静电纺丝　

纳米纤维膜内仅加入质量分数１％硝酸银就能对　

这两种病菌起到９９％以上的抑菌率。崔巍巍　以聚（乳酸一乙醇酸）为载体添加二甲基砜和纳米　银，采用静电纺丝的方法制备具有抗菌功能的医　

用敷料，通过对该抗菌纤维薄膜的理化性能测试　表明，纳米银均匀分散到纤维膜中，且随着纳米银　的加入量不断增大，纤维的力学强度逐渐增强，韧　

性和弹性模量不断提高。　３．２用于皮肤再生的医用敷料　目前临床上多应用真皮替代物治疗，但该方　

法也存在材料与创面附着力较低、易发生感染、对　移植区创面条件要求较高等缺点［１０］。近年来发　

展起来的静电纺丝技术制备的纳米纤维支架，经　大量实验证实不但可以模拟细胞外基质结构，还　可负载并缓释多种分子及生物活性物质。因而静　

电纺丝纳米纤维是理想的真皮替代物支架。组织　

工程皮肤敷料利用高分子材料在体外构建三维多　孔支架，为细胞的生长和繁殖提供营养和代谢环　境，机体的表皮细胞或成纤维细胞等进入三维多　孔支架中，进行生长与排列并且修复重建的皮肤　

损伤处，最终三维多孔支架通过降解和吸收达到　

组织永久性替代的目的　。　

Ｃ．Ｈ．Ｃｈａｎｇ等　报道了一种胶原／壳聚糖的　

静电纺纳米纤维膜用于伤口敷料，通过静电纺丝　纺制得到了Ｉ类胶原，壳聚糖和聚环氧乙烷的纳　

米纤维膜。对该纳米纤维膜测试得出纳米纤维的　

直径为（１３４－Ｉ－４２）ｎｍ，使用戊二醛蒸气进行交联　后直径增加到（３９８－ｔ－７６）ｎｎｌ。杨氏模量在交联后　

有所增加，但最终的拉伸长度、抗拉应变及吸水能　

力在交联后有所下降。对３Ｔ３纤维原细胞的生　长，该纳米纤维膜没有显示出细胞毒性，并显示出　

良好的体外生物相容性，且具有比纱布和商用胶　

原质海绵更好的伤口愈合速度。　

Ｍｏｕ　Ｚｈａｏｌｉ等¨　以六氟异丙醇为溶剂，通过　

静电纺丝技术制备了聚（乳酸一羟基乙酸）（ＰＬ－　

ＧＡ）／胶原仿生纳米纤维膜，研究了其在外伤口敷　

料及组织工程中的应用。研究结果表明，所制得　的ＰＬＧＡ／胶原仿生纳米纤维膜，其纤维的直径分　

布为１５０—６５０　ｎｍ。ＰＬＧＡ／胶原仿生纳米纤维膜　

对人类纤维软骨有较好的反应，并在治疗早期对　伤口的愈合很有效。该ＰＬＧＡ／胶原仿生纳米纤　

维膜有可能成为一种很好的皮肤再生的伤口敷　

料。Ｋ．Ｓ．Ｒｏｈ等　以六氟异丙醇为溶剂，利用静　

电纺丝技术制备了胶原仿生纳米纤维膜，并对其　

作为细胞外基质的组织工程进行了研究。用戊二　

醛饱和蒸气交联以提高其力学性能，表面经细胞　外基质蛋白处理，体外培养人角质形成细胞。结　

果表明，经过１２ｈ的化学交联反应，胶原纤维膜的　

孔隙率由８９％下降至７１％，而且胶原纳米纤维基　质即使在水溶液中仍具有良好的拉伸强度；经细　

胞外基质蛋白处理过的支架能促进细胞的粘附和　增殖。因此，包覆有Ｉ型胶原蛋白的经过交联的　

胶原纳米纤维膜有可能在伤口敷料及组织工程支　

架等领域得到重要应用。　Ａ．Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒ等¨　研究了生物功能化的静电　

纺丝垫，可加速伤口愈合。在实验中，表皮生长因　

子（ＥＧＦ）被融人到丝垫中，并随时间被缓慢释放　

出来（１７０　ｈ释放２５％的ＥＧＦ）。研究发现将这一　生物功能化的丝垫敷用到伤口上后，可以辅助愈　

合，并可以缩短伤口表皮９０％的闭合时间。并且　

愈合过程中，该生物功能化的静电纺丝垫保持稳　

定的结构，生物相容性良好。

　合成纤维工业　２０１２年第３５卷　

３．３具有定向药物释放功能的医用敷料　在静电纺丝过程中将药物成分加人到纺丝液　

中，便可得到复合了一些药物成分的纳米纤维，当　纳米纤维降解或者遇到水溶胀后，可以将药物成　分缓慢释放出来，在适当的时间将所需的药物量　

释放到人体器官适当部位，这种方式不仅可以提　

高药物的药效，降低了药物的毒副作用，同时还可　以有效地解决治疗方面的一些问题　Ｊ。　

徐秀玲　等通过静电纺丝制备小分子水溶　

性药物，观察阿霉素的缓释作用效果。Ｒ．Ａ．　Ｔｈａｋｕｒ等¨　成功地纺制了一种双药物释放的静　

电纺丝骨架，该骨架包含两种药物：麻醉剂利多卡　

因（１ｉｄｏｃａｉｎｅ）和抗生素莫匹罗星（ｍｕｐｉｒｏｃｉｎ）。使　用双喷丝头纺丝装置，将分别含两种不同的药物　的聚Ｊ［，一乳糖酸溶液纺制到同一个骨架中。两种　

药物从骨架上的释放显示出不同的特性，麻醉剂　ｌｉｄｏｃａｉｎｅ在开始时发生突释（前１　ｈ释放８０％），　

然后在接下来的几个小时中平稳释放。抗生素　ｍｕｐｉｒｏｃｉｎ在第１　ｈ中只释放５％，在接下来的７２　

ｈ中更持续的释放。并且与单喷丝头纺丝进行比　较测试该医用敷料的药物释放性能。结果发现双　喷丝头法是比单喷丝头法更好的纺制定向药物释　

放伤口敷料的方法。　ＮｉｃｈｏｌｓｏｎⅢ１　等将活细胞配制成生物悬浮液　

作为芯层，用聚二甲基硅烷（ＰＤＭＳ）作为外层物　质进行同轴静电纺丝。将同轴静电纺纤维与对照　组（不加电压，相同流速）同时进行细胞培养，发　

现细胞在同轴静电纺丝过程中并未失去活性，静　电纺纤维中芯层的细胞依然是活细胞。如果将纤　

维外层ＰＤＭＳ换为其他生物材料直接敷到伤口　上，由于活性细胞的作用会促进伤口的愈合。　

４结语　当前在我国各种医疗机构还大量使用传统的　

纱布敷料，这种敷料容易变干，更换频繁，浪费大　量的棉纱资源，也给病人带来痛苦。因此，加大技　

术含量高的功能性敷料的研发，以提高治疗效果、　加快伤口愈合、减轻废弃敷料对环境的污染，成为　科研工作者急迫的任务。利用静电纺丝技术制备　

的超细纤维膜用作伤口敷料时不仅能为伤口提供　保护，而且有利于细胞的粘附和增殖，促进伤口的　

愈合，其疗效是传统敷料所无法比拟的。可以预　见，静电纺纳米纤维医用敷料作为一种高科技的　

功能性敷料将会快速的发展。　参考文献　［１］　李蒙蒙，朱瑛，仰大勇，等．静电纺丝纳米纤维薄膜的应用　进展［Ｊ］．高分子通报，２０１０（９）：４２—５１．　【２］　陈思原，孔梅梅，王淑芳，等．静电纺丝新技术及其在生物　医药领域的应用［Ｊ］．中国生物医学工程学报，２０１１，３０　（１）：１２０—１２８．　［３］薛聪，胡影影，黄争鸣．静电纺丝原理研究进展［Ｊ］．高分　子通报，２００９（６）：３８—４７．　［４］孙斌．芯／壳结构超细纤维及其用作伤１３敷料的研究［Ｄ］．　天津：天津大学，２００７．　［５】　许杉杉．天然高分子无纺布的电纺制备及其生物物理性能　研究［Ｄ］．北京：中科院化学研究所，２００９．　［６］顾书英，邹存洋，张春燕，等．聚乳酸复合纳米纤维创面敷　料的制备及性能［Ｊ］．高分子材料科学与工程，２００８，２４　（１１）：１８７—１９０．　［７］Ｋｈｉｌ　Ｍ　Ｓ，Ｃｈａ　Ｄ　Ｉ，Ｋｉｍ　Ｈ　Ｙ，ｅｔ　ａ１．Ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｕｎ　ｎａｎｏｆｉｂｒｅｕｓ　ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ　ｍｅｍｂｒａｎｅ　ａｓ　ｗｏｕｎｄ　ｄｒｅｓｓｉｎｇ［Ｊ］．Ｊ　Ｂｉｏｍｅｄ　Ｍａｔｅｒ　ｌｉｅｓ　Ｐａｒｔ　Ｂ，２００３，６７Ｂ（２）：６７５—６７９．　［８］　徐雄立．新型医用敷料一明胶基抗菌纳米纤维水凝胶的制备　及其环境影响研究［Ｄ］．上海：东华大学，２００９．　［９］　崔巍巍．载银ＰＬＧＡ抗菌敷料的制备及毒性评价［Ｄ］．长　春：吉林大学，２０１０．　［１０］程玲，高勇，周静，等．医用敷料的分类及特点［Ｊ］．中国医　疗设备，２０１１，２６（５）：９９—１０１．　［１１］赵亮，李敏．创面生物敷料及人工皮肤的研究进展［Ｊ］．福　建师范大学学报：自然科学版，２０１１，２７（１）：１２０—１２４．　［１２］ＣｈａｎｇＣＨ，ＣｏｌｔｈａｒｐＫＡ，Ｐａｒｋ　ＳＹ，ｅｔａ１．Ｓｕｒｆａｃｅｔｅｎｓｉｏｎｍｅａｓ・　ｕｒｅｍｅｎｔｓ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｐｕｌｓａｔｉｎｇ　ｂｕｂｂｌｅ　ｍｅｔｈｏｄ［Ｊ］．Ｃｏｌｌｏｉｄ　Ｓｕｒｆ　Ａ，　１９９６，ｌ１４（２０）：１８５—１９７．　［１３］Ｍｏｕ　Ｚｈａｏｌｉ，Ｚｈａｏ　ｕｎ，Ｚｈａｎｇ　Ｑｉｎａｎ，ｅｔ　ａ１．Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐｏｒｏｕｓ　ＰＬＧＡ／ＨＡ／ｃｏｌＩａｇｅｎ　ｓｃａｆｆｏｌｄｓ　ｗｉｔｈ　ｓｕｐｅｒｃｆｉｔｉｃａｌ　Ｃ０２　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｏｓｔｅｏｂｌａｓｔ　ｃｅｌｌ　ｃｕｌｔｕｒｅ［Ｊ］．Ｊ　Ｓｕｐｅｒｃｆｉｔ　Ｆｌｕｉｄ，　２０１１，５８（３）：３９８—４０６．　［１４］Ｒｈｏ　Ｋ　Ｓ，Ｊｅｏｎｇ　Ｌ，Ｌｅｅ　Ｇ，ｅｔ　ａ１．Ｅｌｅｃｔｒｅｓｐｉｎｎｉｎｇ　ｏｆ　ｃｏｌｌａｇｅｎ　ｎａｉｌｏｔｌｂｅｔｓ：Ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｂｅｈａｖｉｏｒ　ｏｆ　ｎｏｒｍａｌ　ｈｕｍａｎ　ｋｅｍｔｉｎｏ－　ｃｙｔｅｓ　ａｎｄ　ｅａｒｌｙ・ｓｔａｇｅ　ｗｏｕｎｄ　ｈｅａｌｉｎｇ［Ｊ］．Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ，２００６，　２７（８）：１４５２—１４６１．　［１５］Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒ　Ａ，Ｗａｎｇ　ｘ　Ｙ，ＫａｐｌａｒＩ　Ｄ　Ｌ，ｅｔ　ａ１．Ｂｉｏｆｕｎｅｔｉｏｎａｌｉｚｅｄ　ｄｅｃ・　ｔｒｏｓｐｕｎ　ｓｉｌｋ　ｍａｔｓ　ａ８　ａ　ｔｏｐｉｃａｌ　ｂｉｏａｃｔｉｖｅ　ｄｒｅｓｓｉｎｇ　ｆｏｒ　ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ　ｗｏｕｎｄ　ｈｅａｌｉｎｇ［Ｊ］．Ａｅｔａ　Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｉａ，２ＯＯ９，５（７）：２５７０－２５７８．　［１６］Ｘｕ　Ｘｉｕｌｉｎｇ，Ｃｈｅｎ　Ｘｕｅｓｉ，Ｍａ　Ｐｉｎｇ　ａｌｌ，ｅｔ　ａ１．Ｔｈｅ　ｒｅｌｅａｓｅ　ｂｅｈａｖ・　ｉｏｒ　ｏｆ　ｄｏｘｏｒｕｂｉｃｉｎ　ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｄｅ　ｆｒｏｍ　ｍｅｄｉｃａｔｅｄ　ｆｉｂｅｒｓ　ｐｒｅｐａｒｅｄ　ｂｙ　ｅｍｕｌｓｉｏｎ—ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇ［Ｊ］．Ｅｕｒ　Ｊ　Ｐｈａｒｍ　Ｂｉｏｐｈａｒｍ，　２００８，７０（１）：１６５—１７０．　［１７］Ｔｈａｌ，ｕｒ　Ｒ　Ａ，Ｆｌｏｒｅｋ　Ｃ　Ａ，Ｋｏｈｎ　Ｊ，ｅｔ　ａ１．Ｅｌｅｅｔｒｏｓｐｕｎ　ｎａｎｏｆｉ－　ｂｒｅｕｓ　ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ　ｓｃａｆｆｏｌｄ　ｗｉｔｈ　ｔａｒｇｅｔｅｄ　ｄｒｕｇ　ｒｅｌｅａｓｅ　ｐｒｏｆｉｌｅｓ　ｆｏｒ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ａｓ　ｗｏｕｎｄ　ｄｒｅｓｓｉｎｇ［Ｊ］．Ｉｎｔ　Ｊ　Ｐｈａｒｍ，　２ｏｏ８。３６４（１）：８７—９３．　［１８］Ｔｏｗｎｓｅｎｄ－Ｎｉｃｈｏｌｓｏｎ　Ａ，Ｊａｙａｓｉｎｇｈｅ　Ｓ　Ｎ．Ｃｅｌｌ　ｅｌｅｅｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇ：ａ　ｕｎｉｑｕｅ　ｂｉｏｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｆｏｒ　ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｎｇ　ｌｉｖｉｎｇ　ｏｒｇａｎｉｓｍｓ　ｆｏｒ　ｇｅｎ—　ｃｒａｔｉｎｇ　ａｃｔｉｖｅ　ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ　ｍｉｅｒｅｔｈｒｅａｄｓ／ｓｃａｆｏｌｄｓ［Ｊ］．Ｂｉｏｍａｃｒｅ－　ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ，２００６，７（１２）：３３６４—３３６９．　（下转第５１页）