一、研究背景

同轴电纺是生产纳米纤维的一种独特方法。同轴静电纺丝机制备的纳米纤维膜具有更大的表面积、更高的孔隙率以及模拟天然细胞外基质结构和生物功能的能力。同轴电纺纳米纤维用于给药系统时，具有集中给药、渐进释药、转染效率高、起效快和药代动力学良好等优点。研究人员可以通过同轴电纺丝技术设计出具有任何所需特性的纳米纤维，如改善生物相容性、药物负载性能或机械特性。因此，同轴电纺丝已引起生物医学领域众多研究人员的兴趣，并已成功应用于药物负载、伤口修复、抗炎和抗菌剂的开发、生物组织工程等领域。

在同轴电纺过程中，溶液的粘度、浓度和与其他溶液的相互作用等相关变量，以及电纺电压、接收距离和芯壳溶液供液速度等工艺变量和湿度、温度等环境变量，都会对芯壳纳米纤维结构的形成产生影响。因此，通常需要对各工艺参数进行仔细优化，在获得各工艺参数的合适值后，再对其进行正交试验分析，以获得工艺参数的最佳组合，从而确保同轴电纺工艺的顺利进行。

该膜将来有望用于医疗临床，因此膜应由生物材料制成，具有良好的生物相容性。聚己内酯（PCL）是一种有机聚合物，是美国食品药品管理局（FDA）批准用于药物负载和组织工程的合成生物材料。PCL 具有良好的机械性能和生物相容性，但其疏水性较强，不利于细胞粘附。因此，为了获得更好的细胞粘附性能，有必要在 PCL 中添加一些亲水性材料，以提高膜的亲水性。壳聚糖（CS）是一种从甲壳素中提取的改性天然聚合物，具有很高的生物相容性和亲水性。然而，由于其在溶液中的多阳离子特性、刚性化学结构和特殊的分子相互作用，其可纺性受到限制。聚环氧乙烷（PEO）是一种结晶性热塑性水溶性聚合物，具有良好的亲水性和生物相容性。据报道，它没有抗原性，只有低毒性，但能提高 CS 的可纺性，因此可作为共纺剂加入到膜的制备中。纳米银是一种粒径为纳米级的金属银物质，具有广谱抗菌作用，是一种优良的抗菌药物。由于其毒性低、抗菌活性好，在医学上常被用于血管涂层和生物贴片。在制备膜时，加入纳米银可使膜具有抗菌性能。此外，当纳米银与 CS 共同使用时，CS 还能起到稳定剂的作用，防止纳米银聚集。

目前，临床介入治疗中经常使用血管支架和仿生血管来治疗各种血管疾病。但由于其缺乏抗菌功能，术中甚至术后数月经常发生感染，严重影响患者的康复。实际上，有的患者甚至需要二次开刀治疗感染，这对患者来说无疑是一种负担。因此，制备一种能与现有血管支架和仿生血管相结合，使其具有抗菌功能的膜，已成为临床医学亟待解决的问题。

本文旨在研究以 PCL 为壳层，CS、PEO 和纳米银为芯层，利用同轴电纺丝设备的技术制备具有抗菌功能的膜。在对众多工艺参数进行广泛研究后，通过正交试验实现了基本工艺因素的理想组合，并对所制备膜的理化特性进行了描述。研究了同轴电纺膜的生物相容性和抗菌特性。同轴电纺膜在促进细胞附着和增殖的同时，还能抑制大肠杆菌（E. coli）和金黄色葡萄球菌（S. aureus）的生长。这种同轴电纺膜将来可用作血管支架和仿生血管的涂层，以实现抗菌功能。

二、摘要

同轴静电纺丝工艺已广泛应用于生物医学领域，其工艺参数严重影响着产品质量。本文研究了同轴静电纺丝关键工艺参数（溶液浓度、电纺丝电压、接受距离和供液速度）对以壳聚糖、聚氧化乙烯和纳米银为芯层，聚己内酯为外壳层的膜制备的影响。通过正交试验、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和宏观表征图，获得了关键工艺参数的最佳组合。结果表明，同轴电纺膜具有良好的机械性能（拉伸强度约为 2.945 Mpa）、亲水性（水接触角约为 72.28°）和无细胞毒性，有利于细胞的粘附和增殖。纳米银同轴电纺膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌有明显的抑制作用。总之，我们制备的同轴电纺膜有望应用于临床医学，如血管支架膜和仿生血管。

三、结论

本研究以 CS、PEO 和纳米银为芯层，PCL 为外壳层。通过同轴电纺工艺成功制备了具有同轴结构的纳米纤维抗菌膜。对关键工艺参数的分析和正交试验表明，同轴电纺关键工艺参数的最佳组合如下： 溶液浓度为 3% (w/v) CS + 3% (w/v) PEO + 3 wt% 纳米银，电纺电压为 14 kV，接受距离为 16 cm，芯壳供液速度为 1:3。水接触角测试表明，同轴电纺膜具有良好的亲水性；体外细胞测试结果表明，同轴电纺膜有利于 HUVECs 的粘附和增殖；抑菌测试表明，同轴电纺膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌有明显的抑制作用。该同轴电纺膜有望用作血管支架和仿生血管的抗菌涂层。

图1.同轴电纺膜的制备流程图。

图2.拉伸强度拉伸试验的安装示意图。

图3.不同供液速度比制备的同轴静电纺丝膜的透射电镜图像。(一)1:1;(b) 1:2;(c) 1:3;(d) 1:4。

图4.膜的水接触角测试结果。(a) PCL 膜；(b) 同轴电纺膜。