在现代医学发展进程中，药物递送系统的革新至关重要。传统药物给药方式存在诸多局限，比如药物溶解度差、药效持续时间短、副作用明显等。而新型药物递送系统则致力于解决这些难题，其中，基于纳米技术的药物递送系统备受瞩目。今天要给大家介绍的这篇论文，就聚焦于壳聚糖 / 明胶基纳米纤维在药物递送中的应用，为我们展现了这一领域的前沿研究成果。

一、纳米纤维与生物聚合物的崛起

纳米技术的蓬勃发展为药物递送带来了新的曙光。纳米纤维（NFs）因其独特的结构和性能，在生物医学领域展现出巨大的应用潜力。纳米纤维直径在 1 - 1000nm 之间，具有高比表面积、高载药能力、良好的稳定性以及可模拟生物组织的多孔和纤维结构等优势，这些特性使其成为药物递送的理想载体 。

生物聚合物如明胶（Ge）和壳聚糖（CH），凭借其良好的生物相容性、可降解性以及在生物医学应用中的多样性，成为制备纳米纤维的热门材料。明胶具有出色的生物相容性、抗菌活性和伤口愈合能力；壳聚糖则能提供良好的生物相容性和细胞黏附特性。基于 Ge/CH 的纳米纤维在结构上与细胞外基质相似，有助于刺激细胞连接和促进组织再生 。

二、研究核心成果总览

这篇论文全面探讨了壳聚糖 / 明胶基纳米纤维在药物递送中的潜力。研究涵盖了纳米纤维的制备方法，重点阐述了静电纺丝法及其影响因素，讨论了明胶和壳聚糖的特性、在药物释放中的作用、配方策略以及表征技术。此外，还详细介绍了该纳米纤维在伤口愈合、骨科治疗、中枢神经系统靶向药物递送、眼部靶向药物递送等多领域的应用，并分析了其面临的挑战和监管考量。研究表明，壳聚糖/明胶基纳米纤维（Ge/CH-NFs）在药物递送和生物医学应用方面前景广阔，但仍需进一步优化和研究。

三：多维度探索纳米纤维

（一）纳米纤维的制备方法

纳米纤维的制备方法丰富多样，包括静电纺丝、相分离、模板合成、自组装和离心纺丝等（见图1）。其中，静电纺丝是最常用的方法，它通过控制电压、溶液粘度、溶剂选择和针尖到收集器的距离等参数来制备 。例如，聚氨酯、聚丙烯腈和聚偏二氟乙烯等聚合物在特定条件下，可通过静电纺丝得到直径约 150nm 的 纤维 。不过，该方法也存在一些挑战，如对于明胶和壳聚糖等生物聚合物，其溶液的粘度、浓度、溶剂类型和分子量等会显著影响纤维形态，且壳聚糖的低溶解性和明胶的亲水性都给静电纺丝带来困难 。离心纺丝是另一种重要的制备方法，它利用离心力代替电场，具有可使用高浓度聚合物、溶剂用量少、生产成本低等优点。但纤维质量和生产效率受材料性质和喷头设计的影响较大 。

图 1. 不同纳米纤维制造技术比较分析

（二）聚合物特性及配方策略

明胶是一种水溶性生物聚合物，由胶原蛋白水解得到，具有生物降解性、生物亲和性、可成型性和成本效益等优点。但因其电纺性较低，常需使用特定溶剂。在药物递送、伤口敷料和细胞组织培养等方面应用广泛 。

壳聚糖是一种阳离子生物聚合物，来源于几丁质的脱乙酰化。它具有构建细胞外基质成分、改善机械强度等功能。不过，由于其刚性的 D - 葡萄糖胺重复单元、高结晶度和氢键能力，在静电纺丝时存在困难，通常需要与其他聚合物共混来提高可纺性 。

在配方策略方面，选择合适的聚合物和药物封装方法对制备有效的纳米纤维 - 药物递送系统至关重要。聚合物比例会影响纳米纤维结构和药物释放模式，药物可通过物理封装或化学共轭的方式加入聚合物中。物理封装操作简单，但可能导致药物分布不均；化学共轭则能实现更精确的药物负载和释放控制 。（见图 2）

图2.载药GE/CH纳米纤维常见给药途径

（三）壳聚糖/明胶基纳米纤维的药物释放特性

1. 药物释放机制与影响因素

壳聚糖/明胶基纳米纤维（Ge/CH-NFs）在药物递送中的一个重要特性是其能够实现药物的控制释放。这种特性主要依赖于纳米纤维的物理化学性质，包括纤维的直径、孔隙率、表面电荷以及聚合物的组成和降解速率。研究表明，药物从Ge/CH-NFs中的释放行为可以通过调节这些参数来实现精准控制。

较小的纤维直径和较高的孔隙率能够增加药物与溶剂的接触面积，从而加速药物的释放。例如，研究表明，直径在100-300 nm的Ge/CH-NFs能够实现药物的快速释放，而直径较大的纤维则表现出更缓慢的释放特性。

壳聚糖和明胶的比例对药物释放行为也有显著影响。壳聚糖具有较高的阳离子电荷密度，能够与带负电的药物分子形成静电相互作用，从而延缓药物释放。而明胶则提供了一种较为疏松的结构，有助于药物的快速扩散。

药物封装效率也会影响药物释放，研究表明，亲水性药物在壳聚糖基纳米纤维中具有更高的封装效率，而疏水性药物在明胶基纳米纤维中表现更好。此外，通过化学交联和物理混合等方法，可以进一步提高药物的封装效率和稳定性。此外，pH值和离子强度等环境因素也会影响药物释放。例如，壳聚糖在酸性环境中（如伤口部位）能够更快地释放药物，因此，在伤口愈合和抗菌治疗中具有潜在应用。

2. 药物释放动力学

药物从Ge/CH-NFs中的释放通常遵循Fickian扩散机制，即药物分子通过聚合物基质的扩散来实现释放。然而，在某些情况下，药物释放也可能受到聚合物降解的控制。研究表明，通过调节壳聚糖和明胶的比例，可以实现药物的初期快速释放和随后的持续释放。

（四）壳聚糖/明胶基纳米纤维的应用领域

1. 伤口愈合

Ge/CH-NFs在伤口愈合领域的应用受到广泛关注。其优异的生物相容性、抗菌性和促进组织再生的能力使其成为理想的伤口敷料材料。研究表明，Ge/CH-NFs能够加速伤口愈合过程，减少炎症反应，并促进胶原蛋白的合成。

图3.富含蜂胶提取物的丝素蛋白（SF）/Ge 纳米纤维的伤口治疗效果

2. 骨科

在骨科领域，Ge/CH-NFs被用于开发骨组织工程支架材料。研究表明，通过将Ge/CH-NFs与生物活性分子（如生长因子和抗生素）结合，可以制备出具有优异生物相容性和机械性能的支架材料，促进骨细胞的粘附、增殖和分化，从而加速骨组织的再生。

图4. 0.1% 京尼平交联壳聚糖静电纺丝支架垫的扫描电子图像：0.1% 京尼平与 1.0% 羟基磷灰石交联（A）以及 0.1% 京尼平与 7.0% 壳聚糖交联（B），标尺为 200 纳米。

3. 眼科

Ge/CH-NFs能够促进角膜细胞的迁移和增殖，加速角膜伤口愈合。研究表明，通过将药物封装在Ge/CH-NFs中，可以延长药物在眼组织中的作用时间，从而减少给药频率。

图5.Ge/CH-NFs  在眼科应用中的示意图。

4. 中枢神经系统

Ge/CH-NFs在中枢神经系统（CNS）损伤修复中的应用也受到关注。Ge/CH-NFs能够促进神经细胞的生长和再生，从而加速CNS损伤的修复。另外，研究表明，通过将药物封装在Ge/CH-NFs中，可以实现药物的靶向递送，从而减少药物在全身的分布。

四：结论

壳聚糖/明胶基纳米纤维在药物递送和生物医学应用领域展现出了显著的优势。其良好的生物相容性、可降解性以及模拟细胞外基质的能力，使其成为组织再生、伤口愈合和药物递送的理想材料。静电纺丝等制备方法能够有效地控制 纳米纤维的形态，结合 明胶和壳聚糖的优良特性，为其应用奠定了坚实的基础 。

查阅链接：https://doi.org/10.3390/polym17040435