靜電紡絲納米纖維在藥物輸送領域的應用

摘 要：藥物輸送系統能夠最大限度地提高遞送藥物的治療效果，并減少副作用，引起了研究者的廣泛關注。隨著患者治療需求的不斷增加，傳統藥物輸送方法無法充分適應患者體內的需求。而基于靜電紡絲納米纖維的給藥系統具有高比表面積、可調節孔隙率、良好的機械耐久性、藥物包封性、生物相容性和高緩釋性能，為藥物載量和可定制釋放特性提供了兼容的環境。通過對靜電紡絲原理以及藥物封裝方法的闡述，體現了靜電紡絲納米纖維膜作為新興藥物輸送載體的獨特優勢，同時探究了不同種類的載藥納米纖維膜在未來應用中的可能性。分析結果表明，通過靜電紡絲法可以制備出不同形貌結構的納米纖維，并通過合理結構設計可以調控藥物在體內的釋放行為和效率。因此，將載藥納米纖維功能化，可以得到具有藥物緩釋、抗菌、消炎等性能的藥物輸送系統，可為解決某些藥物應用困難、收效甚微的難題提供新的途徑。

關鍵詞：靜電紡絲；藥物輸送；抗癌癥；抗感染；非甾體類抗炎藥；組織工程

中圖分類號：TS199

文獻標志碼：A

文章編號：1009-265X（2024）10-0056-12

藥物輸送系統是在空間、時間和計量上全面調控藥物在生物體內分布的技術體系，是藥物能否有效作用于患者體內的關鍵。傳統的藥物主要以片劑、注射液、軟膠囊等形式進行輸送，工藝成熟，產量可觀，療效穩定［1］。但隨著藥物的研發，更多難溶性藥物的出現，使得某些藥物因子難以通過傳統的口服或注射手段充分發揮療效，影響患者康復［2-3］；同時人體內部細胞膜對某些化學物質具有良好的阻斷作用，在一定程度上也會影響藥物因子的療效。

隨著時代的進步和科技的發展，醫學技術、醫療設備日新月異，多種新型藥物輸送技術百花齊放，為解決醫學藥物的臨床瓶頸提供了強有力的指導，為眾多新型藥物的臨床轉化提供了強大動力。靜電紡絲技術作為目前制備納米纖維的主要方法之一，由于所制備的纖維具有獨特的結構和納米尺寸效應，在藥物輸送領域展現出諸多優勢。其高孔隙率和高比表面積增加了藥物的吸附面積，極大地提高了載藥量。納米纖維的制備過程不會對藥物產生化學修飾，保持了藥物的生物活性，為藥物的良好輸送奠定了基礎［4］。靜電紡絲選材的靈活性，紡絲過程的多樣性也使得納米纖維產品功能豐富多樣，更能滿足對不同藥物進行包覆輸送釋放的要求，來保證藥效在患者體內的高效利用［5-7］?？傊捎眉{米纖維對藥物進行包覆，可實現“載藥劑量高”“運藥損量少”“釋藥精準”“控藥可調”等多種作用，是目前醫學釋藥領域極具前景的方法之一，對實現藥物研發最后一公里的跨越至關重要［8］。但隨著研究的深入，也發現了一些問題亟待解決，如載藥納米纖維在人體內是否會引發免疫反應，以及纖維結構如何影響藥物釋放等。

本文綜述基于靜電紡絲納米纖維的藥物輸送系統的研究進展，探討使用不同的合成聚合物和天然聚合物納米纖維制備藥物輸送系統的差異，并對未來的發展前景進行展望。

1 靜電紡絲

靜電紡絲是一種利用靜電原理大規模制備均勻、連續納米纖維的方法，所制備的納米纖維形貌規整、表面光滑。通過化學修飾（如引入分子或功能性聚合物）、物理沉積（在納米纖維表面沉積金屬或非金屬元素）、材料復合（將不同性能的聚合物進行混紡）等方法可對纖維進行改性，使該技術廣泛應用于醫療、環保、能源和傳感器等領域。靜電紡絲的基本原理是將聚合物溶液或熔體置于高壓靜電場中，靜電場中的電壓在聚合物液體中引起電荷運動，并拉伸下垂液滴的形狀（通常是由表面張力形成的球體）。一旦帶電聚合物液體的靜電斥力高于表面張力，就會形成被稱為泰勒錐的圓錐形［9-10］，并且射流從錐尖開始。如果聚合物液體中存在足夠的內聚力，就會從泰勒錐噴出穩定的射流，使聚合物鏈相互拉伸，形成均勻的細絲。隨著溶劑的蒸發，細絲劇烈擺動沉積在收集裝置上形成納米纖維［11-13］。圖1顯示了收集裝置的種類，主要有靜態板、旋轉滾筒、旋轉圓盤和網格等［8］。

靜電紡絲納米纖維具有比表面積高、直徑和結構可調、連接孔隙率高、機械柔韌性好、易于加工，以及對各種表面活性劑具有良好的包封能力等優點［14］。然而，靜電紡絲過程中的各種參數嚴重影響表面活性劑的形成、包封和釋放。這些參數可分為溶液性質（濃度、粘度、電導率、表面張力和介電常數）、工藝條件（流速、施加電壓、接收距離和針頭直徑）和環境條件（濕度和溫度）。通過采用最佳參數，可以實現最大的藥物封裝和釋放，為藥物輸送系統提供了可行性［15-16］，這已廣泛應用于生物醫學抗菌、組織工程、抗氧化劑、生物傳感器、傷口愈合和藥物遞送等領域。圖2展示了幾種靜電紡絲和封裝方法［8］。靜電紡絲納米纖維藥物遞送系統通過調節納米纖維的形狀、直徑、孔隙率以及聚合物和包封藥物之間的比例，對釋放動力學提供特殊控制［17-18］。通過與單軸靜電紡絲溶液直接共混來封裝各種活性

藥物是功能化的主要方法，這在封裝不同的親水和疏水藥物方面具有良好的優勢，特別是在制造“快速溶解”藥物傳遞系統方面［19］。并列和多針靜電紡絲是將兩種或多種藥物封裝在納米纖維中的理想方法，可用于潛在的治療，基于靜電紡絲納米纖維的“快速溶解”系統在這方面也不例外［20］。同軸靜電紡絲利用多種溶液通過同軸毛細管同時流動，通過物理分離形成核/殼納米纖維。通過使用不同的聚合物來調節不同的物理和化學制劑，利用高包封性和最大的釋放效率來包封親水性和疏水性藥物，為開發具有緩釋性的藥物遞送系統提供了廣泛的適用性［21-22］。乳液靜電紡絲相較于同軸靜電紡絲可控性更好，可實現藥物高封裝效率及多種藥物共封裝，實現藥物的協同治療，提升治療效果［23］。靜電自組裝技術是一種通過靜電相互作用，將帶相反電荷的粒子層層自組裝成納米結構的方法。在藥物輸送領域，這項技術被廣泛應用于藥物納米顆粒的制備。通過精確控制組裝條件和選擇適當的帶電材料，可以制備出尺寸均一、穩定性好的藥物納米顆粒［24］。

2 靜電紡絲在藥物輸送系統中的應用

2.1 抗癌癥和腫瘤方面

目前，通過將抗癌藥物包裹在納米纖維中，可以實現對腫瘤部位的精確遞送。而腫瘤部位的精確遞送主要依靠局部和植入式藥物遞送系統，即將藥物直接擴散到腫瘤中——以持續或控制的方式進行靶向局部給藥。而且通過實現藥物的控釋和局部遞送，可以減少藥物在全身的分布，從而降低對其他器官的副作用。此外，靜電紡絲納米纖維是一種優異的藥物載體，具有獨特的優勢。未來，相信通過材料選擇和工藝優化，可以實現藥物的精確遞送、控釋和穩定性提高等功能，為癌癥治療提供更方便有效的手段［25］。

氟他胺作為抗腫瘤藥物，如何優化遞送方法、提高給藥效率、減少副作用是研究的關鍵，為此，Tajik等［26］通過靜電紡絲法制備了生物活性玻璃/羧甲基纖維素/β-環糊精（BAG/CMC/β-CD）納米纖維。研究發現，BAG/CMC/β-CD納米纖維具有不規則平面和堆疊層狀結構、孔隙率和大量平面內孔，纖維直徑為10 nm，其高比表面積、體積和孔隙率提供了較大的藥物載體接觸面積，增強了對藥物分子的親和力，可用于模擬腸道環境中的氟他胺藥物遞送。此外，負載氟他胺的BAG/CMC/β-CD納米纖維具有高達99.65%的載藥效率以及持續的藥物釋放能力。Yan等［27］通過靜電紡絲制備了聚乙烯醇/聚己內酯（PVA/PCL）核殼納米纖維，并將其用作抗癌劑阿霉素（DOX）的載體。藥物釋放結果表明，負載DOX的PVA/PCL核殼納米纖維顯示出藥物的持續和pH響應性釋放。隨著殼層厚度的變化，DOX的釋放速率也不同。此外，負載DOX的纖維對抑制宮頸癌癥Hela細胞表現出優異的性能。目前，使用植入式藥物遞送系統局部遞送化療藥物是治療惡性腦腫瘤的一種有前景的策略，因此，Shamsipour等［28］通過同軸靜電紡絲制備了核/殼殼聚糖-聚環氧乙烷-碳量子點/羧甲基纖維素-聚乙烯醇（CS-PEO-CQD/CMC-PVA）納米纖維，作為可生物降解的聚合物植入物，來代替莫唑胺（TMZ）的局部遞送，具有富含羧基的表面的熒光碳點被用作局部癌癥治療的可追蹤藥物遞送劑。在CS/PEO比為80∶20、CMC/PVA比為20∶80、電壓為25 V的條件下獲得了表面光滑和無珠結構的納米纖維，其中核直徑分別為159 nm和125 nm，殼直徑分別為109 nm和111 nm，核殼結構的設計使摻入的TMZ隨著殼層材料的降解而逐漸釋放，提高了藥物釋放效率。差示掃描量熱法（Differential Scanning Calorimetry， DSC）結果表明，納米纖維中捕獲的TMZ以無定形或無序結晶狀態存在，爆裂后持續藥物釋放長達28 d，當TMZ與CQD結合時，TMZ對U251癌癥細胞的細胞毒性增強，在惡性腦腫瘤的治療方面有極大的應用潛力。

癌癥是全球死亡的主要原因之一，手術、化療和放療是目前的基礎治療方法，但仍存在手術并發癥、化療系統副作用和癌癥復發等一些問題。藥物遞送系統可以減少副作用，通過對靶向腫瘤細胞的控制釋放來提高治療的有效性。Mitxelena-Iribarren等［29］采用同軸靜電紡絲法制備了包封甲氨蝶呤（MTX）或5-氟尿嘧啶（5F）的聚己內酯（PCL）共混納米纖維。結果表明，藥物的加入導致納米纖維直徑減小，且纖維表面沒有藥物晶體殘留，這表明合適的表面積與體積比可以改善藥物暴露，增強藥物的穩定性。此外，聚合物溶液可用于封裝和釋放治療癌癥的不同藥物，同軸靜電紡絲增加了納米纖維對藥物釋放曲線的控制，可提供復雜化療，包括多種藥物用于癌癥治療，如FOLFIRINOX等。創傷與血小板募集和活化密切相關，對腫瘤的復發和轉移影響重大，因此，Li等［30］制備了聚乳酸-羥基乙酸共聚物（PLGA）納米纖維膜，將阿霉素負載的腫瘤再生細胞衍生微粒（DOX-MPs）和阿司匹林（ASA）共同作為植入材料（DOX-MPs）/ASA@NF）用于術后原位治療，如圖3（a）所示。研究發現，纖維直徑約為833 nm，PLGA納米纖維膜能促進DOX-MPs的增強分布，使DOX-MPs和ASA能夠程序性釋放。如圖3（b）所示，釋放的DOX-MPs可以有效殺死殘留腫瘤細胞，而ASA降低了血小板活化，抑制了血小板促進的腫瘤細胞增殖、遷移和轉移?？傊?，DOX-MP/ASA@NF可通過殺死殘留的腫瘤細胞并抑制血小板活化，顯著降低腫瘤的復發和轉移風險，具有廣闊的臨床應用前景。

2.2 抗感染方面

目前，靜電紡絲納米纖維在抗感染藥物傳輸和釋放方面也表現出良好的性能。比如，各種皮膚傷口的愈合是一個漫長的過程，常伴有細菌感染和疤痕形成。而仿生電紡納米纖維創口敷料具有抗菌和組織修復雙重功能，在傷口修復方面具備獨特優勢。因此，Liu等［31］制備了一種含有姜黃素（Cur）和銀納米顆粒（AgNPs）的Cur@β-環糊精（β-CD）/AgNPs的殼聚糖復合納米纖維，該納米纖維的直徑約為（65.35 ± 23.14） nm。研究表明，AgNPs與Cur的組合對抗菌活性具有協同作用，對細菌生長具有強抑制作用，抑制作用呈劑量依賴性。傷口愈合實驗表明，Cur@β-CD/AgNPs殼聚糖敷料可以通過調節血管生成和促進周圍組織的增殖來促進傷口修復再生，提高組織再生的生物活性。與商業AgNPs相比，該敷料具有更高的傷口閉合率，且傷口愈合后皮膚更光滑，疤痕更少，是一種優異的傷口敷料。Sequeira等［32］通過靜電紡絲法制備了由聚乙烯醇（PVA）和賴氨酸（Lys）組成的納米纖維膜，并通過共混電紡和表面物理吸附法將抗炎劑（布洛芬（IBP））和抗菌劑（薰衣草油（LO））摻入電紡膜中。結果表明，IBP或LO的PVA_Lys的加入使電紡膜表現出更好的形貌、力學性能和生物特性，可增強傷口愈合過程。IBP的可控和持續釋放特性適用于傷口愈合炎癥階段，LO的初始突然釋放可防止傷口細菌污染。PVA_Lys_LO電紡膜可介導對金黃色葡萄球菌和銅綠假單胞菌的強大抗菌活性，且不會損害人類成纖維細胞的活力，表明PVA_Lys電紡膜藥物遞送系統用作傷口敷料的潛力。

傷口感染是患者治愈過程的主要并發癥，為了預防和治療傷口感染，Bandeira等［33］以聚丙烯酸（PAA）和聚烯丙胺（PAH）為原料，將綠色合成的氧化鋅納米顆粒（ZnONPs）摻入聚合物纖維中，成功制備了PAA/PAH/ZnONPs復合納米纖維物。紅外光譜證實PAA羧基與多環芳烴分子胺的相互作用；ZnONPs對金黃色葡萄球菌的抑菌活性高于大腸桿菌，但PAA/PAH/ZnONPs復合物抑制了這兩種細菌的生長。所開發的PAA/PAH/ZnONPs復合材料具有抗菌活性，并可以模擬皮膚組織的細胞外基質形態，顯示出傷口愈合治療的潛力。Almukainzi等［34］通過靜電紡絲法制備了龍膽苦苷（GPS）和胸腺醌（TQ）負載于由聚乙烯吡咯烷（PVP）和甲基醚聚乙二醇（m-PEG）組成的復合納米纖維墊，并使用高效液相色譜法（HPLC）對樣品進行了體外釋放研究。結果表明，選擇優化的配方（F3）在60 min時實現了最高的累積釋放（GPS）累積釋放率為（99.79 ± 6.47）%，TQ累積釋放率為（96.89 ± 6.87）%，較小的直徑（200 nm）顯示出顯著的抗菌效果，組織良好的皮膚結構顯示出良好的愈合跡象，表明負載GPS和TQ的m-PEG/PVP納米纖維墊是一種理想的傷口護理敷料，有望作為一種藥物遞送方式應用于臨床醫學。

2.3 在非甾體類抗炎藥（NSAIDs）方面

目前，傳統輸送非甾體抗炎藥的方式可能無法滿足患者體內高效的藥物分配需求，且大部分非甾體抗炎藥存在較大的副作用，如胃腸不適、惡心、嘔吐和器官損害等。而通過靜電紡絲法可以制備出具有藥物緩釋功能的復合納米纖維進行載藥，從而減少藥物劑量、降低副作用，在減少身體損害的同時完成高效治療的目標，具有極大地應用前景。

吡羅昔康是一種水溶性差、首過代謝率高的藥物，可通過將其配制成載藥納米纖維來改善其溶解度。Chandira等［35］通過靜電紡絲法與逐層組裝法制備乙基纖維素/聚乙烯吡咯烷酮（PVP）納米纖維作為輸送載體，以降低吡羅昔康的毒性。結果顯示，逐層組裝的納米纖維表現出較高的藥物捕獲效率和釋放效率，藥物膜在可控透皮給藥系統中發揮了重要作用，并對貼片的治療效果產生了直接影響。通過靜電紡絲制成的載藥纖維貼片可能是一種可行的方式，這種貼片具有增強擴散、降低給藥頻率、提高患者依從性以及局部給藥時有效的控釋效果。Celebioglu等［36］采用無聚合物靜電紡絲的方法制備了一種具備自立性和柔性的環糊精（HPβCyD）/布洛芬IC包合物納米纖維，該纖維具有作為快速溶解口服給藥系統的潛力。布洛芬的水溶性通過與環糊精的包疊絡合而顯著提高。在紡絲過程中，布洛芬被完全保留，通過保留1∶1和2∶1的初始摩爾比（HPβCyD/布洛芬IC），制備出沒有布洛芬損失的電紡HPβCyD/布洛芬IC納米纖維。當與水接觸或用人造唾液潤濕時，HPβCyD/布洛芬IC（1∶1和2∶1）納米纖維網都顯示出非?？焖俚娜芙馓匦裕砻麟娂廐PβCyD/布洛芬IC納米纖維網具有作為快速溶解口服給藥系統的潛力。

為解決布洛芬（IBU）在給藥系統中溶解度有限、與聚合物生物分布差的問題，Sun等［37］使用毒性較低的二元溶劑二氯甲烷/乙醇（DCM/EtOH，v/v=8/2），制備了性能優異的聚乳酸（PLA）/布洛芬（IBU）電紡墊。結果表明，IBU在PLA均勻地分布在纖維的內部與表面。與純PLA墊相比，IBU的加入顯著提高了電紡墊的結晶度和力學性能。同時，體外藥物釋放行為表明，隨著IBU含量的增加，IBU的釋放率提升，表明PLA/IBU墊在傷口敷料和藥物遞送領域具有一定的應用潛力。Riaz等［38］通過單針靜電紡絲法制備了負載布洛芬（IBU）的聚己內酯（PCL）和聚己內酯/聚乙二醇（PCL/PEG）納米纖維。PEG的加入減小了PCL納米纖維的直徑，并提高了PCL納米纖維的孔隙率、結晶率和潤濕性。IBU的摻入導致了大直徑的納米纖維，但對其結晶度沒有實質性影響。藥物釋放動力學顯示，IBU在最初幾個小時內突然釋放，隨后在24 h內逐漸釋放，最大IBU釋放效率高達IBU摻入總量的85%。這些摻入藥物的納米纖維網可以釋放IBU以減輕疼痛和炎癥，并吸收傷口滲出物以確保傷口快速愈合，同時保護其免受外部環境的影響。

2.4 在組織工程方面

2.4.1 骨組織工程

在骨組織修復方面，靜電紡絲復合納米纖維可以模擬血管和骨組織的多層、多孔結構，具有良好的仿生學特點。而這種仿生結構和良好的生物活性能夠促進骨組織的再生和修復，更有利于藥物釋放，在提升藥物的有效性方面具有獨特優勢。

共混靜電紡絲技術可以將各種聚合物結合在一起來提高納米纖維的力學性能和生物活性。Al-Baadani等［39］采用共混靜電紡絲法制備了聚己內酯/明膠（PCL/Gel）復合納米纖維膜，并對其生物相容性和藥物釋放能力進行了評估。結果表明，Gel的加入顯著增強了成骨細胞的粘附和分化，PCL的加入顯著改善了成骨細胞的力學性能。體外降解和藥物釋放結果表明，通過調節PCL的含量，可以控制Gel的降解和親水性藥物/蛋白質的釋放特性。當PCL含量低時，Gel納米纖維迅速溶解，導致1周內爆炸釋放；但隨著PCL含量的增加，藥物釋放速度逐漸降低，總釋放期可延長至2周以上。因此，通過PCL和Gel的共混靜電紡絲可以制備出具有良好生物活性的可控藥物遞送系統，為骨再生提供了一種新方法。瑞舒伐他?。≧SV）對人間充質干細胞（MSCs）成骨和新骨再生具有積極作用，因此，為了開發新型載體實現對RSV的可控釋放，Ghasemvand等［40］采用同軸靜電紡絲法制備殼聚糖（CS）/聚環氧乙烷（PEO）/聚己內酯（PCL）納米纖維墊，并采用等離子體處理對其進行了改性，其中RSV被摻入納米纖維的芯內。研究發現，該纖維墊呈圓形、光滑和無珠的狀態，核直徑約為370 nm、殼厚度約為70 nm，等離子體處理可以增強納米纖維墊的潤濕性和藥物釋放行為。此外，納米纖維的核殼結構可以在體外和體內指導干細胞的靶向分化，并促進組織工程支架的血管化，實現精確控制藥物的釋放時間和速率。因此，該纖維結構可以作為RSV的緩釋平臺長期使用，使其成為引導骨再生的有前途的候選者。

多年來，復雜形狀和臨界大小的骨缺損一直是臨床上的挑戰，亟需具有機械強度的細胞外基質（ECM）模擬支架。Miszuk等［41］使用基于靜電紡絲的熱誘導自團聚（TISA）技術，開發了一種用于骨組織再生的復合雙相聚己內酯（PCL）/羥基磷灰石（HA）三維納米纖維支架。該支架能適應復雜形狀的臨界尺寸缺陷，提供持續釋放的多種生長因子，具有高彈性和多孔性，以適應不同缺陷形狀。此外，仿生礦物沉積技術可在生理溫和條件下將不同類型的藥物封裝在支架上并持續釋放，從而改善體外細胞的成骨分化。這種創新型壓貼合3D納米纖維復合支架作為藥物載體，在骨組織修復方面具有廣闊的前景。Birhanu等［42］開發了電紡多層載藥聚左旋乳酸（PLLA）/pluronic P123（PLLA-P123）復合支架。藥物位于中間層的多層支架以及具有覆蓋層的PLLA-plasma和PLLA-P123顯示出比其他組支架更好的成骨增殖和分化效果。支架的多層載藥結構具既能提供更好的成骨作用，又能在植入部位控制藥物和生物活性分子的釋放，應用潛力巨大。Rezk等［43］采用聚ε-己內酯（PCL）和聚癸二酸甘油酯（PGS）的復合納米纖維，負載羥基磷灰石納米顆粒（HANPs）和辛伐他汀（SIM），制備了藥物洗脫支架。該支架模仿了天然細胞外基質（ECM）的結構，有利于在生物醫學中的應用，同時PGS的添加增大了纖維直徑。體外藥物釋放表明，SIM從復合納米纖維中的持續釋放符合Korsemeyer-Peppas和Kpocha模型，揭示了非Fickian擴散機制，釋放機制遵循擴散而非聚合物侵蝕。體外研究表明，與對照樣品比，PCL-PGS-HA表現出更好的細胞增殖和粘附，從而改善了再生過程。這表明PCL-PGS-HA在控制藥物遞送和骨組織再生方面具有廣闊的應用前景。

2.4.2 皮膚組織工程

皮膚是一個復雜的層系統，是環境和生物體之間最重要的屏障。隨著靜電紡絲技術的研究深入，其在皮膚修復方面的應用吸引諸多關注。靜電紡絲納米纖維可以作為藥物載體，將藥物直接輸送至皮膚受損部位，提高藥物的局部濃度，從而促進皮膚細胞的增殖和分化。這有助于加速皮膚修復過程，減少疤痕的形成。

由于電紡纖維可提供高比表面積、可控和持續的藥物釋放，并模擬細胞外基質，將其用于藥物遞送應用的研究備受關注。Turan等［44］制備了負載鹽酸四環素（TCH）抗生素的聚（ω-五癸內酯-ε-己內酯）/明膠（GEL）/殼聚糖（CS）納米纖維膜，其中，聚合物、蛋白質和多糖之間表現出協同效應。體外藥物釋放表明，TCH在1 h內開始釋放，然后持續釋放了14 d，其中負載1% TCH的樣品表現出最優異的釋放效率，總釋藥率為96.5%，初始釋放率為11.8%。同時負載TCH的樣品對革蘭氏陽性細菌也表現出良好的抗菌活性。因此，TCH質量濃度大于3%可能是獲得廣譜有效性的首選，該藥物遞送系統可以應用于皮膚損傷修復。Dodero等［45］通過靜電紡絲制備了由一層聚己內酯（PCL）和一層物理交聯的藻酸鹽（Alg）包埋ZnO納米顆粒組成的多層納米纖維膜，作為具有藥物遞送能力的潛在傷口愈合貼片。研究發現，纖維顯示出適當的電阻、可調控性和良好的熱穩定性（即降解溫度高于250 ℃）。PCL外層具有良好的拒液性能，藻酸鹽層則可以促進細胞活力、允許滲出物去除和氣體交換，從而促進組織再生。藥物釋放研究表明，納米纖維墊具有良好的藥物遞送能力，且根據性質和染料負載濃度可以調節釋放速度。因此，所提出的藻酸鹽-聚己內酯膜代表了一類有前途的創新、簡單且具有成本效益的傷口愈合貼片，適用于大規模生產。

將咖啡因摻入美容面膜中有利于解決眶下皮膚黑眼圈，但通過這種配方局部輸送咖啡因的方法仍然不足。Tipduangta等［46］制備了醋酸纖維素（CA）/聚乙烯吡咯烷酮（PVP）電紡纖維氈，作為眼罩向皮膚輸送咖啡因。研究發現，咖啡因的加入減少了纖維直徑，增強了其機械強度和柔韌性。藥物釋放結果表明，較小的纖維直徑和較短的擴散路徑長度有助于藥物釋放，在24 h達到約85%。雞胚絨毛尿囊膜（HET-CAM）試驗表明，CA/PVP納米纖維氈沒有刺激性，如圖4所示，表明CA/PVP納米纖維氈是一種優異的化妝品，可用于防止皮膚老化。Parn等［47］以聚乙烯醇（PVA）、聚乙烯醇-明膠（PVA-Gel）和聚乙烯醇-海藻酸鹽（PVA-Alg）為基材，將葉酸（FA）顆粒分散在納米纖維表面，通過靜電紡絲和靜電噴霧工藝制備了親水性生物活性納米纖維。體外釋放結果表明，在人工汗液溶液（pH為5.44）中，負載FA的納米纖維在8 h內可以快速釋放維生素，可用于透皮貼劑應用。

2.4.3 神經組織工程

靜電紡絲制備的納米纖維可以模擬天然細胞外的基質結構，提供一個有利于神經細胞生長和遷移的仿生環境，其攜帶的藥物可以進一步促進神經細胞的再生和修復，在不引發明顯炎癥的情況下在體內自然降解，使其成為神經修復的理想材料。

石墨烯摻雜的靜電紡絲支架在組織工程和藥物遞送等生物醫學領域備受關注，Heidari等［48］研究了石墨烯對PCL/明膠納米纖維生物性能的影響，發現PCL/明膠/石墨烯納米纖維對革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌具有99%的抗菌性能。與PCL/明膠納米纖維比，鹽酸四環素（TCH）和石墨烯之間的π-π堆疊作用使PCL/明膠/石墨烯對TCH的釋放控制得更好。在施旺細胞、神經元細胞以及永生化和原代星形膠質細胞的氧化、滲透和熱誘導的細胞應激的體外細胞模型中，PCL/明膠/石墨烯納米纖維能夠顯著減少細胞死亡，表明該納米纖維支架在神經組織工程和藥物遞送領域具有極大的應用潛力。

尼莫地平常用于控制血壓和降低動脈瘤性蛛網膜下腔出血后繼發性缺血的風險。但由于全身副作用，在全身給藥后往往無法實現所需局部作用的全部潛力。Zech等［49］通過靜電紡絲制備了含有1%和10%藥物的聚乳酸聚乙醇酸共聚物（PLGA）納米纖維。研究表明，尼莫地平以無定形狀態摻入聚合物基體中，藥物沒有重結晶，納米纖維也沒有細胞毒性，表明該纖維能夠降低人體細胞死亡率。Dolci等［50］采用同軸靜電紡絲法，將抗炎和再髓鞘的兩種藥物布洛芬（IBU）和甲狀腺激素三碘甲狀腺原氨酸（T3）整合到單個聚合物支架中作為遞送系統，以在體外釋放適量的抗炎和髓鞘形成藥物。體外釋放結果表明，IBU/T3 PLLA系統將兩種藥物的釋放延長了14 d，提供了靶向持續釋放。在細胞培養物（RAW巨噬細胞和神經干細胞衍生的少突膠質細胞前體細胞-OPC）中的研究證明了雙載藥遞送平臺的抗炎和脫髓鞘功效，表明IBU/T3 PLLA系統是一種治療中樞神經系統急性損傷的有效方法。為了系統對比，表1總結了基于靜電紡絲納米纖維的藥物輸送系統的研究進展，該系統包括所使用納米纖維的基質類型、封裝的藥物類別及其治療應用等。

3 結論與展望

將藥物包封于靜電紡絲納米纖維內部作為新型藥物遞送系統，可以提供更精確的藥物釋放、更高的載藥量，提升藥物治療效果并減少副作用，在藥物遞送領域受到廣泛關注。本文對目前靜電紡絲的原理及多種藥物封裝方法進行了介紹，總結了單針、多針、同軸等靜電紡絲技術的優點和不足，闡述了靜電紡絲納米纖維作為新型藥物輸送載體在抗癌癥和腫瘤、抗感染、非甾體抗炎藥、骨組織工程、皮膚組織工程、神經組織工程領域的研究進展。結果發現，雖然通過靜電紡絲法可制備出不同結構、不同藥物釋放效果的纖維來滿足不同藥物遞送的實際應用需求，但仍存在一些問題亟須解決，如納米纖維的生物相容性不高，可能會引起免疫反應或組織損傷；纖維直徑分布不均，可能會影響藥物遞送效果；生產效率較低、成本較高，部分納米纖維材料的安全性尚需進一步驗證；納米纖維藥物的質量和穩定性需要嚴格控制，以及跨學科合作和研究深度仍需加強等。

未來的研究可以從以下幾個方面進行研究和完善：

a）通過材料復合設計將不同材料進行共混或交聯等處理，制備具有優異生物相容性和生物活性的新型納米纖維藥物載體材料，以避免在藥物輸送時對自身免疫系統造成損傷。

b）完善實驗研究，增加體內外實驗研究與對比。在解決體內外可能存在的藥物釋放差異的同時，對靜電紡絲過程中的參數進行優化，以獲得最佳的纖維直徑分布，提高給藥的穩定性和效果。

c）深入研究載藥納米纖維在體內的分布、吸收和排泄行為，闡明其治療機制，并優化靜電紡絲藥物負載方法，提升藥物的輸送、釋放效率與治療效果。

d）研發針對特定疾病的新型納米纖維藥物制劑，提高疾病的治療效果。

參考文獻：

［1］MANZARI M T， SHAMAY Y， KIGUCHI H， et al. Targeted drug delivery strategies for precision medicines［J］. Nature Reviews Materials， 202 6（4）： 351-370.

［2］LURAGHI A， PERI F， MORONI L. Electrospinning for drug delivery applications： A review［J］. Journal of Controlled Release， 202 334： 463-484.

［3］JEONG W Y， KWON M， CHOI H E， et al. Recent advances in transdermal drug delivery systems： A review［J］. Biomaterials Research， 202 25（1）： 24.

［4］蘇芳芳， 經淵， 宋立新， 等. 我國靜電紡絲領域研究現狀及其熱點：基于CNKI數據庫的可視化文獻計量分析［J］. 東華大學學報（自然科學版）， 2024， 50（1）： 45-54.

SU Fangfang， JING Yuan， SONG Lixin， et al. Present situation and hotspot of electrospinning in China： Visual bibliometric analysis based on CNKI database［J］. Journal of Donghua University （Natural Science）， 2024， 50（1）： 45-54.

［5］于超群， 龍云澤， 劉現峰， 等. 載藥靜電紡絲纖維研究及應用進展［J］. 青島大學學報（醫學版）， 2023， 59（1）： 147-150.

YU Chaoqun， LONG Yunze， LIU Xianfeng， et al. Advances in the research and application of drug-loaded electrospinning nanofibers［J］. Journal of Qingdao Uni-versity（Medical Sciences）， 2023， 59（1）： 147-150.

［6］KIANFAR E. Magnetic nanoparticles in targeted drug delivery： A review［J］. Journal of Superconductivity and Novel Magnetism， 202 34（7）： 1709-1735.

［7］MITCHELL M J， BILLINGSLEY M M， HALEY R M， et al. Engineering precision nanoparticles for drug delivery［J］. Nature Reviews Drug Discovery， 202 20（2）： 101-124.

［8］BALUSAMY B， CELEBIOGLU A， SENTHAMIZHAN A， et al. Progress in the design and development of "fast-dissolving" electrospun nanofibers based drug delivery systems-A systematic review［J］. Journal of Controlled Release， 2020， 326： 482-509.

［9］何玲霞， 樊之瑀， 杜雨佳， 等. 靜電紡絲技術在軟骨修復中的應用［J］. 華西醫學， 2023， 38（10）： 1559-1563.

HE Lingxia， FAN Zhiyu， DU Yujia， et al. Application of electrospinning for cartilage repair［J］. West China Medical Journal， 2023， 38（10）： 1559-1563.

［10］GUO Y， WANG X， SHEN Y， et al. Research progress， models and simulation of electrospinning technology： A review［J］. Journal of Materials Science， 202 57（1）： 58-104.

［11］NADAF A， GUPTA A， HASAN N， et al. Recent update on electrospinning and electrospun nanofibers： Current trends and their applications［J］. RSC Advances， 202 12（37）： 23808-23828.

［12］屈展， 夏廣波， 方劍. 靜電紡P（VDF-TrFE）納米纖維在柔性壓電傳感與能量收集領域的研究進展［J］. 復合材料學報， 2024， 41（03）： 1141-1152.

QU Zhan， XIA Guangbo， FNAG Jian. Research progress of electrospun P（VDF-TrFE） nanofibers in the field of flexible piezoelectric sensing and energy harvesting［J］. Acta Materiae Compositae Sinica， 2024， 41（03）： 1141-1152.

［13］CHEN J， YU Z， LI C， et al. Review of the principles， devices， parameters， and applications for centrifugal elec-trospinning［J］. Macromolecular Materials and Engineering， 202 307（8）： 2200057.

［14］SONG J， LIN X， EE L Y， et al. A review on elec-trospinning as versatile supports for diverse nanofibers and their applications in environmental sensing［J］. Advanced Fiber Materials， 2023， 5（2）： 429-460.

［15］付征， 穆齊鋒， 張青松， 等. 膠體靜電紡微納米纖維的研究進展［J］. 紡織學報， 2023， 44（10）： 196-204.

FU Zheng， MU Qifeng， ZHANG Qingsong， et al. Research progress in colloidal electrospun micro/nano fibers［J］. Journal of Textile Research， 2023， 44（10）： 196-204.

［16］ODULARU A T. Basic principles of electrospinning， mechanisms， nanofibre production， and anticancer drug delivery［J］. Journal of Chemistry， 202 2022： 9283325.

［17］張樹智， 曲鵬飛， 韓俊泉， 等. 靜電紡絲構建中藥控釋系統的研究及應用［J］. 中國組織工程研究， 2024， 28（17）： 2759-2765.

ZHANG Shuzhi， QU Pengfei， HAN Junquan， et al. Research and application of electrospinning drug delivery systems containing traditional Chinese medicine［J］. Chinese Journal of Tissue Engineering Research， 2024， 28（17）： 2759-2765.

［18］MIRANDA-CALDERON L， YUS C， LANDA G， et al. Pharmacokinetic control on the release of antimicrobial drugs from pH-responsive electrospun wound dressings［J］. International Journal of Pharmaceutics， 202 624： 122003.

［19］DING Y， LI W， ZHANG F， et al. Electrospun fibrous architectures for drug delivery， tissue engineering and cancer therapy［J］. Advanced Functional Materials， 2019， 29（2）： 1802852.

［20］張子浩， 陳威亞. 靜電紡絲噴絲裝置研究進展［J］. 紡織科技進展， 2023 （8）： 1-3.

ZHANG Zihao， CHEN Weiya. Research progress of electrospinning apparatus［J］. Progress in Textile Science & Technology， 2023（8）： 1-3.

［21］WU J， ZHANG Z， GU J， et al. Mechanism of a long-term controlled drug release system based on simple blended electrospun fibers［J］. Journal of Controlled Release， 2020， 320： 337-346.

［22］HAI T， WAN X， YU D G， et al. Electrospun lipid-coated medicated nanocomposites for an improved drug sustained-release profile［J］. Materials & Design， 2019， 162： 70-79.

［23］KRYSIAK Z J， STACHEWICZ U. Electrospun fibers as carriers for topical drug delivery and release in skin bandages and patches for atopic dermatitis treatment［J］. Wiley Interdisciplinary Reviews： Nanomedicine and Nano-biotechnology， 2023， 15（1）： 1829.

［24］WANG Z， KANG Y， ZHAO S， et al. Self-limiting assembly approaches for nanoadditive manufacturing of electronic thin films and devices［J］. Advanced Materials， 2020， 32（3）： 1806480.

［25］張卓然， 周虎， 朱雅琳， 等. 靜電紡絲的癌癥治療研究進展［J］. 海峽藥學， 202 33（8）： 87-90.

ZHANG Zhuoran， ZHOU Hu， ZHU Yalin， et al. Re-search progress of cancer treatment by electrospinning［J］. Strait Pharmaceutical Journal， 202 33（8）： 87-90.

［26］TAJIK M， SEYED-SADJADI M， ZARE K， et al. Preparation， characterization， and application of electrospun BAG/CMC/β-CD nanofibers for flutamide drug delivery［J］. Korean Journal of Chemical Engineering， 2024， 41（3）： 853-868.

［27］YAN E， JIANG J， YANG X， et al. pH-sensitive core-shell electrospun nanofibers based on polyvinyl alcohol/polycaprolactone as a potential drug delivery system for the chemotherapy against cervical cancer［J］. Journal of Drug Delivery Science and Technology， 2020， 55： 101455.

［28］SHAMSIPOUR M， MANSOURI A M， MORADIPOUR P. Temozolomide conjugated carbon quantum dots embedded in core/shell nanofibers prepared by coaxial electros-pinning as an implantable delivery system for cell imaging and sustained drug release［J］. AAPS PharmSciTech， 2019， 20（7）： 259.

［29］MITXELENA-IRIBARREN O， RIERA-PONS M， PEREIRA S， et al. Drug-loaded PCL electrospun nanofibers as anti-pancreatic cancer drug delivery systems［J］. Polymer Bulletin， 2023， 80（7）： 7763-7778.

［30］LI J， LI J， YAO Y， et al. Biodegradable electrospun nanofibrous platform integrating antiplatelet therapy-che-motherapy for preventing postoperative tumor recurrence and metastasis［J］. Theranostics， 202 12（7）： 3503-3517.

［31］LIU C， ZHU Y， LUN X， et al. Effects of wound dressing based on the combination of silver@curcumin nanopar-ticles and electrospun chitosan nanofibers on wound healing［J］. Bioengineered， 202 13（2）： 4328-4339.

［32］SEQUEIRA R S， MIGUEL S P， CABRAL C S D， et al. Development of a poly（vinyl alcohol）/lysine electrospun membrane-based drug delivery system for improved skin regeneration［J］. International Journal of Pharmaceutics， 2019， 570： 118640.

［33］BANDEIRA M， CHEE B S， FRASSINI R， et al. Antimicrobial PAA/PAH electrospun fiber containing green synthesized zinc oxide nanoparticles for wound healing［J］. Materials， 202 14（11）： 2889.

［34］ALMUKAINZI M， EL-MASRY T A， NEGM W A， et al. Co-delivery of gentiopicroside and thymoquinone using electrospun m-PEG/PVP nanofibers： In-vitro and In vivo studies for antibacterial wound dressing in diabetic rats［J］. International Journal of Pharmaceutics， 202 625： 122106.

［35］CHANDIRA R M， PETHAPPACHETTY P， NARAYANAN G R， et al. Design， optimization and evaluation of nanofibers containing NSAID for controlled drug delivery system［J］. Asian Journal of Biological and Life Sciences， 202 11（2）： 389-396.

［36］CELEBIOGLU A， UYAR T. Fast dissolving oral drug delivery system based on electrospun nanofibrous webs of cyclodextrin/ibuprofen inclusion complex nanofibers［J］. Molecular pharmaceutics， 2019， 16（10）： 4387-4398.

［37］SUN C， ZOU L， XU Y， et al. Ibuprofen-loaded poly（lactic acid） electrospun mats： The morphology， physico-chemical performance， and in vitro drug release behavior［J］. Macromolecular Materials and Engineering， 2020， 305（12）： 2000457.

［38］RIAZ T， KHENOUSSI N， RATA D M， et al. Blend electrospinning of poly（ε-caprolactone） and poly （ethy-lene glycol-400） nanofibers loaded with ibuprofen as a potential drug delivery system for wound dressings［J］. AUTEX Research Journal， 2023， 23（1）： 66-76.

［39］AL-BAADANI M A， HII RU YIE K， AL-BISHARI A M， et al. Co-electrospinning polycaprolactone/gelatin membrane as a tunable drug delivery system for bone tissue regenera-tion［J］. Materials & Design， 202 209： 109962.

［40］GHASEMVAND F， KABIRI M， HASSAN-ZADEH V， et al. Chitosan， polyethylene oxide/polycaprolactone elec-trospun core/shell nanofibrous mat containing rosuvastatin as a novel drug delivery system for enhancing human mesenchymal stem cell osteogenesis［J］. Frontiers in Molecular Biosciences， 2023， 10： 1220357.

［41］MISZUK J， LIANG Z， HU J， et al. An elastic mineralized 3D electrospun PCL nanofibrous scaffold for drug release and bone tissue engineering［J］. ACS Applied Bio Materials， 202 4（4）： 3639-3648.

［42］BIRHANU G， TANHA S， AKBARI JAVAR H， et al. Dexamethasone loaded multi-layer poly-l-lactic acid/pluronic P123 composite electrospun nanofiber scaffolds for bone tissue engineering and drug delivery［J］. Pharmaceutical Development and Technology， 2019， 24（3）： 338-347.

［43］REZK A I， KIM K S， KIM C S. Poly（ε-caprolactone）/poly（glycerol sebacate） composite nanofibers incor-porating hydroxyapatite nanoparticles and simvastatin for bone tissue regeneration and drug delivery applications［J］. Polymers， 2020， 12（11）： 2667.

［44］TURAN C U， GUVENILIR Y. Electrospun poly（ω-pentadecalactone-co-ε-caprolactone）/gelatin/chitosan ter-nary nanofibers with antibacterial activity for treatment of skin infections［J］. European Journal of Pharmaceutical Sciences， 202 170： 106113.

［45］DODERO A， ALLOISIO M， CASTELLANO M， et al. Multilayer alginate-polycaprolactone electrospun membr-anes as skin wound patches with drug delivery abilities［J］. ACS Applied Materials & Interfaces， 2020， 12（28）： 31162-31171.

［46］TIPDUANGTA P， WATCHARATHIRAWONGS W， WARITDECHA P， et al. Electrospun cellulose acetate/polyvinylpyrrolidone fiber mats as potential cosmetic under-eye masks for caffeine delivery［J］. Journal of Drug Delivery Science and Technology， 2023， 86： 104732.

［47］PARN F N， AYDEMIR I N， TANER G， et al. Co-electrospun-electrosprayed PVA/folic acid nanofibers for transdermal drug delivery： Preparation， characterization， and in vitro cytocompatibility［J］. Journal of Industrial Textiles， 202 51： 1323S-1347S.

［48］HEIDARi M， BAHRAMI S H， RANJBAR-MOHAMMADI M， et al. Smart electrospun nanofibers containing PCL/gelatin/graphene oxide for application in nerve tissue engineering［J］. Materials Science and Engineering： C， 2019， 103： 109768.

［49］ZECH J， LEISZ S， GOETTEL B， et al. Electro_{ea9183fded5dbee191bacb17ae34a32c}spun Nimodipine-loaded fibers for nerve regeneration： Develop-ment and in vitro performance［J］. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics， 2020， 151： 116-126.

［50］DOLCI L S， PERONE R C， DI GESU R， et al. Design and in vitro study of a dual drug-loaded delivery system produced by electrospinning for the treatment of acute injuries of the central nervous system［J］. Pharmaceutics， 202 13（6）： 848.

Research on the application of electrospinning nanofibers in the field of drug delivery

YANG Haizhen， WEI Sujie， MA Chuang， ZHOU Zelin， HU Yawen

（College of Textiles， Zhongyuan University of Technology， Zhengzhou 450007， China）

Abstract：

Electrospun nanofibers have the characteristics of extremely fine diameter， high specific surface area， and good pore structure. They are easy to operate， low costing， and mass-producible. Their unique structure and performance have received widespread attention in the field of drug delivery. In recent years， the application of electrospun nanofibers in the field of drug delivery has made further research breakthroughs. By controlling the diameter and shape of the fibers， efficient drug loading and sustained release can be achieved， and drug bioavailability and reducing toxic side effects can be enhanced. These properties expedite the application prospects of electrospun nanofibers in drug delivery.In recent years， electrospun nanofibers have been widely used in the field of drug delivery. Their nanoscale diameter and porous structure make electrospun nanofibers an ideal drug carrier material. Biodegradable polymer nanofiber membranes can not only stably carry various types of drugs， but also achieve slow drug release， thereby improving drug efficacy and reducing side effects. Compared to traditional drug delivery systems， electrospun nanofibers have many advantages. Firstly， their nanoscale diameter and porous structure are beneficial for improving the solubility and bioavailability of drugs， enhancing their stability and bioavailability efficiency. Secondly， electrospun nanofibers can simulate the natural extracellular matrix structure， provide a scaffold for cell adhesion， and help promote tissue regeneration and healing. In addition， electrospun nanofibers can also achieve controlled drug release， further improving the therapeutic effect of drugs.Research and development based on pharmaceutical technology is the foundation for enhancing the development of drug delivery. Research has confirmed that electrospun nanofibers， as drug carriers， have become a hot research topic in the field of drug delivery for local drug delivery and slow release drug systems in the treatment of diseases. By encapsulating drugs within electrospun nanofibers， not only can the solubility and stability of drugs be improved， but the duration of sustained drug release can also be extended， local drug concentration can be increased， and treatment effectiveness can be improved. This technology has shown great potential for application in multiple drug delivery fields such as anti-infection， wound healing， and anti-cancer.

The development trend of electrospun nanofibers in the field of drug delivery mainly includes multifunctionality， intelligence capabilities and precision. With the continuous development of nanotechnology and materials science， electrospun nanofibers will be more widely used in drug delivery systems and can achieve more diverse functions. In the future， with the continuous progress of medical technology and the development of interdisciplinary fields， electrospun nanofibers as carriers of drug delivery systems are expected to achieve more precise drug treatment， bringing revolutionary changes to the medical field. Electrospun nanofibers， as a cutting-edge technology in the field of drug delivery， will continue to bring new hope and possibilities to the medical and pharmaceutical fields.

Keywords：

electrospinning; drug delivery; anti-cancer; anti-infection; non-steroidal anti-inflammatory drugs; tissue engineering