一、研究背景

在过去的几十年里，纳米技术得到了广泛的研究，并取得了长足的进步。通过纳米技术获得的纳米材料以其优异的性能受到广泛关注，并对各行各业，尤其是医疗行业产生了广泛而深刻的影响。

电纺丝技术作为一种制备连续微纳米聚合物纤维的简单而低成本的方法，已逐渐成为研究的重点。电纺丝工艺利用数千伏至数万伏的高压静电斥力，从聚合物溶液中制备纤维，并合成复杂的三维结构。目前，已有明胶、蚕丝纤维素、壳聚糖、胶原蛋白等 200 多种天然聚合物和复合材料，以及聚己内酯（PCL）、聚乳酸、聚乳酸-共聚乙醇酸等大量合成聚合物被应用于电纺丝技术系统。

利用静电力生产纤维的方法已有 100 多年的历史。1902 年，Morton 和 Cooley 申请了两项电纺丝专利，并描述了电纺丝装置的原型。1934 年，Formhals 发明了一种利用静电力制备聚合物纤维的实验装置并申请了专利。他的专利公布了聚合物溶液如何在电极之间形成喷流；这是第一个详细描述利用高压静电制备纤维的装置的专利，被认为是利用电纺丝技术制备纤维的开端。自 20 世纪 90 年代以来，在 Reneker 等人证明了用几种聚合物制备电纺纳米纤维的可行性后，有关电纺的出版物数量急剧增加。

电纺丝已广泛应用于生物医学领域。一方面得益于纳米技术的飞速发展，另一方面得益于其独特的材料特性。电纺获得的纳米纤维具有可塑性强、结构柔韧、表面积体积比大等特点，能增强细胞的粘附、增殖和分化活性。最新文献表明，电纺技术可对组织工程材料进行纳米表面修饰，控制蛋白质吸附和蛋白质层的生化构建，从而建立 “自下而上 ”的纳米级特征，可用于引导表面亲水性、氧化层厚度或功能基团分布，形成类似细胞外基质（ECM）的纳米结构，模拟生物环境，影响细胞行为、信号转导和营养输送。因此，它们在组织工程领域的应用受到广泛关注和研究。此外，静电纺丝纳米纤维膜材料在构建药物输送系统方面的应用也越来越广泛，这不仅是因为它们具有良好的生物相容性和安全性，还因为它们具有较大的比表面积-体积比，可以使药物以较低的成本保持较高的有效表面积。更值得注意的是，静电纺丝纳米纤维膜还能灵活选择载药材料，并提供多种载药方法，如涂层和封装。值得一提的是，在冠状病毒疫情不断对人们的生活造成重大影响的今天，电纺丝纳米纤维膜具有孔隙率高、孔径大小可调、纤维直径小等优点，为医疗防护用品的生产提供了许多新思路。最近，越来越多由电纺丝纳米纤维制成的生物医学产品被批准用于临床。

近年来，随着电纺丝技术的蓬勃发展，电纺丝设备从实验室走向市场。一些制造商通过对传统电纺丝进行改造，开发出了提高电纺丝产品生产能力的新方法，并成功地使电纺丝纳米纤维产品以相对安全的方式、相对简单的操作走向市场。在医疗领域，一些电纺纳米纤维膜材料已成功申请专利并投入商业生产，用于外科植入物、敷料和医疗器械。

本综述简要介绍了电纺纳米纤维膜制备的基本原理，并对近年来电纺纳米纤维膜在各个医疗领域的应用进行了分类和讨论。下文将介绍电纺丝技术的基本原理及其近年来的改进和发展。在第 3-6 节分别详细介绍了近年来电纺纳米纤维膜在支架工程、伤口敷料、肿瘤诊疗传感器开发、防护设备开发等医疗领域的应用。最后，我们从更广泛的角度总结了电纺纳米纤维膜在医疗领域的广泛应用，并探讨了电纺技术的发展前景。

二、摘要

电纺丝是一种简单、经济、灵活、可行的连续微纳米聚合物纤维制备技术，由于其多功能性和制造高度可调纳米纤维网络的能力，在过去几十年中引起了科学界和工业界的广泛兴趣。利用电纺丝设备制备的纳米纤维膜材料具有适合生物医学应用的优良特性，如高比表面积、强可塑性，以及能够操纵其纳米纤维成分以获得所需的特性和功能。本世纪以来，随着纳米材料的日益普及，电纺纳米纤维膜逐渐被广泛应用于各个医疗领域。本文综述了电纺纳米纤维膜材料的研究进展，包括电纺的基本工艺、材料的发展及其生物医学应用。本综述的主要目的是讨论电纺纳米纤维膜材料的最新研究进展，以及近年来在医疗领域各种应用中出现的各种新型电纺技术。近年来电纺纳米纤维膜材料在组织工程、伤口敷料、癌症诊断和治疗、医疗防护设备等领域的应用是本综述讨论的主要内容。最后，系统总结了电纺纳米纤维膜材料在生物医学领域的发展，并讨论了其前景。总的来说，电纺丝技术在生物医学领域具有广阔的应用前景，因为它是一种用于制造微纤维和纳米纤维的实用而灵活的技术。

三、结论

与使用其他技术获得的纳米纤维膜材料相比，使用电纺丝技术获得的纳米纤维膜材料具有独特的优势（高可塑性、比表面积和多孔性）。利用电纺丝设备获得纳米纤维膜支架比其他大多数技术更简单、更便宜。大型仪器公司正在探索其工业化大规模生产，各种新的电纺丝技术也正在开发中（各种新型电纺丝技术也在不断开发中）。纳米表面改性的简易性和纺丝材料选择的多样性使研究人员能够探索新的支架结构，并在骨和软骨、血管移植物、人工心脏瓣膜和仿生心肌组织方面取得了突破性进展。静电纺丝纳米纤维薄膜直径小、孔径可调，在制造伤口敷料和医疗防护用品方面也显示出优势。无溶剂或绿色溶剂电纺丝方法近年来也备受关注，尤其是在医疗领域。利用绿色溶剂电纺丝获得纳米纤维结构，能够用化学成分替代纳米纤维成分，可有效避免一系列副作用，并能有效提高药物疗效。由此可见，电纺纳米纤维膜材料的应用应继续发展下去。

图1.典型静电纺丝装置示意图

图2.a 通过电纺丝和逐步原位生物合成法制备了纳米纤维细菌纤维素（BC）和亚微纤维醋酸纤维素（CA）的小直径复合血管移植物。b 制造微加工聚甘油癸二酸酯（PGS）薄片；将 PGS 薄片置于两个铝电极之间并接地。在 PGS 层的两侧放置 PGS/聚己内酯（PCL）纤维，进行电纺丝。这种纤维膜支架用于瓣膜修复。c PCL 和 PGS 纤维已用于心脏组织工程。

图3.a 用于体内修复颅骨缺损的shish-kebab（SK）结构电纺丝支架的制备和应用。b 组织工程骨膜用于修复骨缺损。c 制作同轴 PGS-KGN/PCL 对齐纳米纤维并将纤维膜应用于软骨修复。

图4.a 电纺丝 PPY/SF 导电复合纳米纤维膜支架及其促进神经再生的可能机制。b 采用电纺丝方法制备了壳聚糖（CH）、聚乙烯醇（PVA）和丝垫混合材料，并应用于全厚伤口 6 切口大鼠模型，评估了移植 CH-PVA + 丝垫预植间充质干细胞衍生角质细胞的伤口愈合潜力。

图5.a 蜂蜜/SA/PVA 纳米纤维膜的生产过程和照片 。b UTG-PVDF 纳米复合膜的合成过程及其在近红外光照射下的灭菌原理。c 癌症抗原-125 免疫传感器的构造及作用原理示意图。

图6.a 利用该溶液通过电纺丝法制备了 PMMA/ZnO-Ag 纳米粒子（Ag NFS），并将其用于制作防护服。b 通过无针电纺制备聚乳酸纳米纤维过滤层，用于制造三层棉-聚乳酸-棉分层生物可降解面膜。