一、研究背景

过去几十年来，电纺丝一直是组织工程和药物输送领域最有前途的技术之一，因为电纺纳米纤维可以模拟原生细胞外基质（ECM）的物理结构。此外，它还能让我们获得具有极高表面体积比和可调孔隙率的各种尺寸和形状的膜。此外，还可以通过以下两种方法控制纳米纤维膜的特性（细胞亲和性、机械特性、生物降解性等）及其功能性（即降解时间）：(i) 选择聚合物并使用共聚物或聚合物混合物；(ii) 制作具有特定纤维直径的纤维 [5,6]。

关于第一种方法，生物可降解脂肪族聚酯，如聚（乳酸）（PLA）、聚（乙醇酸）（PGA）和聚（己内酯）（PCL），被广泛用于获得电纺丝膜。所有这些材料、它们的共聚物和它们的混合物都已获得美国食品及药物管理局（FDA）批准用于临床，并可水解为无毒的天然代谢物，通过正常生理过程排出体外。有趣的是，均聚物的缺点可以通过共聚来克服。例如，聚乳酸具有疏水性、韧性差和缺乏活性侧链的特点，而 PCL 的降解时间较长，PGA 则由于其亲水性在水介质中降解很快。据报道，根据起始结晶度和分子量的不同，PLA 的降解时间为 6-12 个月，PCL 为 2-4 年。事实上，将 GA 与 LA 的重量比从 25:75 提高到 50:50，可使降解速度加快两倍，从 100 天缩短到 50 天。由于 CL 的影响，聚己内酯-共羟基乙酸（PCLGA）比 PLGA 显示出更大的弹性。

尽管聚合物的选择显然会影响电纺丝膜的最终特性，但聚合物溶液和电纺丝工艺的参数也将决定纤维的直径和形态。如前所述，膜的一些特性与纤维直径有关，因此了解这些参数的影响是为特定应用开发特定材料的关键。与纤维直径有关的最重要的聚合物溶液参数是表面张力、粘度和电导率。由于密度溶液与其他参数的关系，对其影响的研究还不多。

由于电纺丝利用电势来克服表面张力，因此表面张力降低有利于形成无珠纤维。该参数受溶剂性质的影响很大。粘度与要喷射的射流的阻力有关。粘度过低可能导致聚合物丝和聚合物液滴中断，而粘度过高则无法挤出聚合物。不过，粘度增加，纤维的直径也会增加。最后，聚合物溶液电导率的增加会导致纤维直径的减小。

当溶液的电纺性较低时，有几个参数可以改善电纺性，如聚合物浓度、所用溶剂或电压。不过，如果这些参数还不够，加入吡啶等盐类也能改善，因为它能增加聚合物溶液的导电性。在电纺丝过程中使用吡啶的好处是，在纺丝过程结束后无需去除吡啶，因为吡啶会在针和收集器之间的溶液飞行过程中蒸发掉。此外，吡啶是一种经美国食品及药物管理局批准的化合物，已被用作制药、农业或食品行业的添加剂。

因此，本研究的主要目的是获得 PLGA 和 PCLGA 共聚物的电纺丝条件，以获得纤维直径约为 1.8 微米的纤维膜。我们选择这一纤维直径作为目标，以便与之前研究 PLA、PCL 和 PLA/PCL 混合物纤维膜时设定的程序进行比较。与更细的纤维相比，我们发现这种纤维直径的电纺丝膜在释放相关分子（这里用牛血清白蛋白（BSA）进行测试，BSA 通常用作释放分子的模型）方面显示出最有效的配置。本文通过测定共聚物溶液的密度、表面张力、粘度和电导率来确定其特征，并将其与电纺丝过程的参数，尤其是电压和针与收集器之间的距离联系起来。

本文的第二个目的是获得含有大量 GA 的 PCLGA 电纺丝膜。关于 PCLGA 膜的报道还不多，因为电纺丝这种高度无定形的共聚物很困难。此外，标准是基于 90:10 CL:GA 的单体摩尔比，而本文是第一篇论文，其中成功电纺了摩尔比为 45:55 的 PCLGA，以获得一种具有介于同聚合物之间的特性的膜。

本文开发的电纺丝膜可用于不同医疗领域的药物释放。由于其可降解性和机械性能可根据其成分进行定制，因此既可用于体内释放不同药物，也可用于皮肤伤口愈合。

二、摘要

聚（乳酸-共聚乙醇酸）（PLGA）和聚（己内酰胺-共聚乙醇酸）（PCLGA）溶液被电纺成纤维直径为 1.8 μm 的定制膜。通过调整主要影响纤维直径的电纺丝参数，可根据所使用的共聚物调整特定的纤维直径。通过改变聚合物溶液参数（聚合物浓度、溶剂和溶剂比例），可以最大程度地调节纤维直径。使用 1,1,1,3,3,3-六氟-2-丙醇（HFIP）可充分电纺 PLGA，而 PCLGA 则需要使用介电常数较低的极性溶剂（如氯仿）。此外，由于 PCLGA 的无定形形态，必须在起始溶液中添加吡啶盐，以增加其导电性并使其具有电纺丝性。事实上，由于其无定形结构，这种共聚物的电纺丝存在明显的困难。有趣的是，与常见的电纺丝共聚物相比，PCLGA 的乙醇酸摩尔分数更高（己内酯与乙醇酸的比例为 45:55，而不是 90:10），因此可以成功地进行电纺丝，这一点迄今尚未见报道。为了准确设定纤维直径，改变了电压和针头到收集器的距离。最后，通过对聚合物溶液的表面张力、电导率和粘度的研究，可以将溶液的这些特殊特性与电纺丝变量联系起来，从而将之前的知识和经验应用到电纺丝中。

三、结论

CL：GA 的摩尔比为 45：55（与常用的 90：10 比值相差甚远）的 PCLGA 也能正常电纺，这种共聚物因其介于 PCL 和 PGA 之间的特性而在组织工程领域备受关注。此外，PLGA 和 PCLGA 膜的纤维直径约为 1.8 微米，具有可比性。PLGA 可在 HFIP 中充分电纺，尽管需要较高的聚合物浓度（25% w/v）以避免出现微珠；然而，PCLGA/HFIP 的聚合物/溶剂体系无法电纺，这可能是由于溶剂的极性造成的。因此，对于 PCLGA 来说，使用氯仿作为溶剂更适合获得电纺丝膜，在这种情况下还需要添加盐（如吡啶）。PLGA 溶液的表面张力较高，因此可以缩短针头与收集器之间的距离。相反，PCLGA 的导电率低，需要增加电压。

总之，这些研究结果表明，聚合物溶液的特性（在本例中受浓度和溶剂的调节）对其膜的形态起着主要作用。了解了这些特性后，就可以调整其他电纺丝参数，如电压和与收集器的距离，从而获得具有目标纤维直径的薄膜。

图1.在 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-propanol (HFIP)、2 mL/h、17 kV 和 13 cm 条件下，10% w/v 的聚乳酸-共聚乙醇酸 (PLGA) 和聚己内酯-共聚乙醇酸 (PCLGA) 电纺丝膜的 SEM 图像。两幅图像的比例尺均为 60 微米。

图2.在 2 mL/h、17 kV 和 13 cm 的条件下，PLGA（10% 和 25% w/v 在 HFIP 中）和 PCLGA（18% 和 20% w/v 在氯仿中）的扫描电镜图像。所有图像的刻度线相同： 60 微米。

 

图3.氯仿中 20% w/v PCLGA 与 5% v/v 和 10% v/v 吡啶的 SEM 图像。2 mL/h、15 kV、20 cm。两幅图像的刻度线相同： 10 微米。