納米纖維材料應(yīng)用于醫(yī)用敷料的研究進(jìn)展

戴家木 付譯鋆 張廣宇 張 瑜 張 偉

（1.南通大學(xué)，江蘇南通，226019；

2.安全防護(hù)用特種纖維復(fù)合材料研發(fā)國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心，江蘇南通，226019）

皮膚是人體最大的器官且具備多種功能，包括感覺、免疫、代謝等；皮膚也是人體的第一道生理保護(hù)層，可避免人體受到外界環(huán)境的威脅。日常生活的各種原因造成的皮膚創(chuàng)傷在不同程度上影響著人們的生活質(zhì)量，傷口的愈合經(jīng)歷止血、炎癥反應(yīng)、組織再生和組織重構(gòu)等階段，而人體自身的傷口愈合速度較慢，特別是較為嚴(yán)重的創(chuàng)傷，在愈合過程中容易受到外界影響，因此需要一定的敷料覆蓋傷口，以輔助傷口的愈合。

早期的敷料主要有無菌紗布、脫脂棉等，該類敷料通過吸收傷口處的各類液體來保持環(huán)境干燥，但易與傷口組織發(fā)生黏連引起二次創(chuàng)傷，不利于傷口愈合。納米纖維是當(dāng)前較為先進(jìn)的敷料原料，能夠較好地模擬細(xì)胞外基質(zhì)，并隔絕外界環(huán)境的污染源，避免炎癥的發(fā)生，其易于制備和改性等特點(diǎn)也得到了多方面的關(guān)注。

1 納米纖維

納米纖維的主要特征是其纖維直徑為納米級(jí)別，一般通過靜電紡絲的方法制備得到，其分為溶液和熔體兩種，可根據(jù)紡絲原料的性質(zhì)選擇紡絲方法及紡絲溶劑。由于熔體靜電紡絲對(duì)試驗(yàn)條件的要求較高，即高溫度和高電壓，因此常以溶液靜電紡絲法為主。靜電紡絲裝置一般由高壓電源、微量注射泵、注射器、接收器等部分組成，除了電壓大小、溶液黏度、擠出速度及接受距離外，紡絲過程中的環(huán)境溫度和相對(duì)濕度也對(duì)纖維成形存在不同程度的影響。

2 醫(yī)用敷料用納米纖維聚合物

目前有多種材料被制備成納米纖維氈而用作敷料，本文從材料來源的角度進(jìn)行分類和分析。

2.1 天然聚合物

天然聚合物一般取自自然界的動(dòng)植物，其具有良好的生物相容性和可降解性，通常也具有良好的親水性，對(duì)環(huán)境友好，主要有明膠基、海藻酸基、殼聚糖基及絲素蛋白基等。

明膠是膠原經(jīng)過部分水解后的產(chǎn)物，其分子結(jié)構(gòu)式為由三條多肽鏈相互纏繞所形成的螺旋體，具有良好的親水性和生物可降解性，但由于其在水中的溶解性較好，因此一般要對(duì)其進(jìn)行交聯(lián)處理，以獲得使用周期更長(zhǎng)的敷料［1］。

海藻酸是一種從海藻中提取的天然多糖，通常與金屬離子結(jié)合形成鹽，多為海藻酸鈉，其在高價(jià)金屬離子的作用下形成凝膠狀（不可溶解），因此其可以吸收血液或組織液中的高價(jià)金屬離子，達(dá)到止血的作用［2-3］。海藻酸納米纖維交聯(lián)過程示意圖、氯化鈣溶液添加到海藻酸納米纖維中及納米纖維吸附液體的制備如圖1 所示。

圖1 海藻酸納米纖維交聯(lián)、氯化鈣溶液添加及納米纖維吸附液體的制備

殼聚糖是經(jīng)過脫乙酰化的甲殼素，來源于甲殼類生物，其品質(zhì)受其脫乙酰化程度影響較大，化學(xué)結(jié)構(gòu)與海藻酸較為相似，區(qū)別在于海藻酸C2位上為羧基，而殼聚糖為氨基，從而導(dǎo)致了殼聚糖的分子間和分子內(nèi)氫鍵作用較強(qiáng)，在純水中無法溶解，需要在酸性條件下質(zhì)子化進(jìn)行溶解后紡絲。由于分子結(jié)構(gòu)的中氨基質(zhì)子化作用而帶正電荷，能夠破壞細(xì)菌表面的負(fù)電荷細(xì)胞膜，導(dǎo)致細(xì)菌機(jī)能紊亂，故其具有天然的抗菌能力，得到了較多的關(guān)注［4-5］。

絲素蛋白為蠶絲經(jīng)過脫膠后的產(chǎn)物，其化學(xué)結(jié)構(gòu)與明膠一樣均為多肽；由于蛋白結(jié)構(gòu)中存在不易溶解的折疊鏈結(jié)構(gòu)和較多的氫鍵，同樣不能用水直接溶解，一般是通過高濃度的溴化鋰溶液進(jìn)行溶解后透析得到絲素蛋白溶液，之后經(jīng)過濃縮進(jìn)行紡絲得到敷料［6-7］。

2.2 人工合成材料

人工合成聚合物相較于天然材料來說，其性能可控，來源廣泛；根據(jù)親水性可以分為親水和疏水兩類。親水類主要包括聚乙烯醇（以下簡(jiǎn)稱PVA）、聚氧乙烯（以下簡(jiǎn)稱PEO）等，疏水類主要有聚乳酸（以下簡(jiǎn)稱PLA）、聚己內(nèi)脂（以下簡(jiǎn)稱PCL）和聚氨酯（以下簡(jiǎn)稱PU）等。

PVA 作為最常用的生物相容聚合物應(yīng)用領(lǐng)域眾多，但作為敷料時(shí)，由于其缺少合適的彈性，因此無法單獨(dú)使用；通常是與其他聚合物一起聯(lián)用，獲得較好的生物相容性等重要性能［8］。PEO為環(huán)氧乙烷經(jīng)過開環(huán)聚合獲得，其化學(xué)結(jié)構(gòu)與聚乙二醇相似，也是十分常用的親水性聚合物，在敷料等生物醫(yī)用方面有較多應(yīng)用［9］。PLA 及PCL 均為聚酯類聚合物，其酯鍵能夠發(fā)生水解而使聚合物逐步降解；PU 較難生物降解，但其優(yōu)良的彈性使其在敷料方面具有較多的應(yīng)用［10-13］。

3 功能化添加劑

3.1 抗菌藥物

由于聚合物納米纖維本身對(duì)細(xì)胞的抵抗能力較弱，因此加入一定的抗菌藥物能夠大大提高其抗菌能力，如四環(huán)素、環(huán)丙沙星等；同時(shí)，納米纖維具有較大的孔隙率和較高的比表面積，對(duì)藥物具有一定的緩釋能力［14］。

3.2 維生素

有研究表明，在納米纖維中引入維生素C 將提高成纖維細(xì)胞的黏附能力和細(xì)胞增殖率，且I型膠原蛋白的表達(dá)也得到提高，同時(shí)具備良好的抗氧化能力，因此對(duì)傷口的促愈起到了很好的效果［15］。除此之外，維生素E 也同樣具有抵抗炎癥、促進(jìn)皮膚細(xì)胞增殖效果，增強(qiáng)細(xì)胞抵抗氧化應(yīng)激條件的強(qiáng)度［16］。

3.3 生長(zhǎng)因子

傷口的修復(fù)需要生長(zhǎng)因子的存在，其能夠?qū)崿F(xiàn)表皮和真皮層的有效重塑，如bFGF 有利于膠原蛋白表達(dá)水平的升高，EGF 有利于細(xì)胞的增殖和遷移。因此，兩種生長(zhǎng)因子常被添加到納米纖維中，通過控制釋放利于傷口愈合［17-18］。

3.4 金屬及金屬氧化物

敷料的抗菌性是其重要特性，最常見的抗菌金屬為銀；相較于其他金屬，銀對(duì)細(xì)菌抑制的能力更強(qiáng)且具有廣譜抗菌作用［19］；除此之外，二氧化鈦及氧化鋅同樣對(duì)細(xì)胞有抑制作用［20-21］。

4 藥物緩釋系統(tǒng)

靜電紡絲經(jīng)過多年的發(fā)展已經(jīng)可以制備出多種特殊結(jié)構(gòu)的納米纖維，包括共混、并排、多噴、同軸、乳液、表面固定等電紡方法。藥物負(fù)載納米纖維的制備示意圖如圖2 所示。

圖2 藥物負(fù)載納米纖維的制備示意圖

通過共混紡絲將功能性試劑或藥物負(fù)載入納米纖維中，實(shí)現(xiàn)藥物分子的均勻分布和高載藥量；然而部分藥物若直接暴露于電場(chǎng)中可能失活，因此需使用并排靜電紡絲解決這個(gè)問題；此外，多噴或多層靜電紡絲將用于裝載不同分子，為藥物提供更好的保護(hù)；同軸和乳液靜電紡絲可制備出具有核/殼結(jié)構(gòu)的藥物/聚合物納米纖維，其對(duì)藥物分子具有控制釋放的作用；在表面固定法中，藥物分子可通過物理或化學(xué)的方法引入到納米纖維中，如物理方面的靜電力、疏水鍵、范德華力等，化學(xué)方面的有機(jī)共價(jià)結(jié)合，該方法還可保護(hù)負(fù)載藥物的活性不受電場(chǎng)和溶劑作用的影響［22］。

5 結(jié)語(yǔ)

納米纖維由于具有較大的孔隙率、較高的比表面積，且結(jié)構(gòu)高度可定制，因此對(duì)藥物的釋放具有良好的控制性，且其能夠很好地模擬細(xì)胞外基質(zhì)，在抵御外界侵害的同時(shí)也提供了細(xì)胞黏附的場(chǎng)合，通過在纖維表面或內(nèi)部添加適當(dāng)?shù)墓δ茉噭⒋蟠筇岣邆诘挠纤俾剩虼嗽诜罅现苽漕I(lǐng)域具有十分廣闊的應(yīng)用前景。