一、研究背景

由于无纺布垫具有高孔隙率和与原生活组织形态相似的结构，因此被广泛提议用作组织工程支架。电纺丝（ES）技术被认为是制造应用广泛的无纺材料的最前沿、最可靠、技术含量最高和用途最广的方法之一。这种技术依赖于带电聚合物溶液或熔体向收集器流动，并伴随着聚合物射流拉伸成纳米/微纤维，同时促进纤维凝固。根据加工条件（如溶液/熔体成分、设置特性）的不同，生产出的纤维毡在取向、纤维直径和形态等方面的结构会有很大变化。合成聚合物（聚乳酸、聚己内酯等）可以从熔体或非水溶液开始纺丝 [9]。合成（聚环氧乙烷）和天然（蛋白质、多糖）水溶性聚合物需要更好地控制溶液特性、加工条件和材料的交联。形成的无纺毡由单丝组成，这些单丝大多是整体的，但可以通过改变加工条件使其结构更加复杂（芯/壳、多孔等）。

溶液吹塑纺丝法（SBS）是电纺丝法的一种很有前途的替代方法 。SBS 以气流驱动聚合物溶液为基础。与 ES 相比，SBS 通常对工艺要求不那么严格，即聚合物溶液不需要导电。从喷射器到基底的纤维传输系数较低是 SBS 技术的主要限制。为了更好地控制纺丝过程，SBS 还可以使用静电场作为聚合物溶液沉积的额外驱动力。这种电辅助 SBS（EA-SBS）或电吹纺结合了 ES 和 SBS 技术的优点。EA-SBS 加工的基本原理和模型正在深入研究中。该技术可用于制造防火材料、纳米纤维驻极体过滤器、蒸馏膜、超级吸附剂等。将 EA-SBS 技术应用于生物材料制造的作品数量有限，如生物活性羟基磷灰石纤维、抗菌无纺布和组织工程支架 。在制造组织工程支架方面，SBS 和 EA-SBS 最重要的优势之一是所生产纤维的多丝结构。这种形态在细胞粘附和增殖方面优于单丝。因此，多丝针织纤维材料比单丝材料更有利于细胞生长。通过比较骨髓基质细胞在 ES 或 SBS 技术生产的聚乳酸毡上的生长情况，结果表明使用 SBS 技术生产的样品效果更好。

制造用于组织工程的无纺布支架不仅需要控制垫子的形态，还需要控制纤维的成分。一种聚合物不足以提供 “理想 ”支架所需的最佳特性，但各种聚合物的组合可能会影响复合系统的可加工性。为了克服广泛建议用于制造支架的生物可降解聚合物（即合成聚合物（聚乳酸、聚己内酯）和天然聚合物（明胶、壳聚糖））的热力学不相容性，我们合成了一种含有部分接枝共聚物的多组分系统。该体系中的聚酯部分可以在有机无相溶剂中保持易于蒸发的加工形式，而天然成分则通过氯仿 ES 为由该体系制成的垫子提供生物相容性。

这项工作旨在通过 ES 和 EA-SBS 技术研究多组分系统的可加工性，并对制成的纤维材料的结构和生物相容性进行评估。

二、摘要

生物可降解聚合物纤维非织造材料是组织工程中广泛使用的支架类型。其形态和性能可通过成分和制造技术进行控制。本研究旨在利用电纺丝和电辅助溶液吹塑纺丝这两种不同的非织造垫制造方法，从含有可生物降解合成（聚乳酸、聚己内酯）和天然（明胶、壳聚糖）成分的多组分聚合物体系中开发纤维支架。评估了纤维材料的制造技术对其形态和特性的影响，包括支持细胞粘附和生长的能力。使用电纺丝技术制造的纤维毯由随机取向的单丝纤维组成，而使用溶液喷吹纺丝技术制造的纤维毯则由乱序排列的多丝纤维组成。通过对 NIH 3T3 细胞系的代谢活性、增殖能力和形态进行体外分析，证实了所有纤维毡的细胞相容性。活/死试验显示，采用电辅助溶液吹塑纺丝技术形成的多丝样品形成的细胞-细胞接触数量最多。

三、结论

与单丝电纺纤维相比，电助溶液吹塑纺丝技术可以制造由多丝纤维组成的无纺纤维材料。在使用相同浓度的纺丝溶液的情况下，EA-SBS 所形成的纤维的平均直径比 ES 所产生的纤维要大。在使用 EA-SBS 技术的情况下，直径尺寸分布更广。与电纺纤维相比，EA-SBS 纤维材料的多丝结构能更好地粘附和生长哺乳动物细胞。这种现象可能是由于多丝纤维表面更粗糙造成的。与单丝相比，多丝纤维材料在细胞附着和增殖方面的优势使其成为一种极具潜力的组织工程支架。

图1.(a,b) 扫描电镜图像和 (c,d) 使用 (a,c) ES 或 (b,d) EA-SBS 技术制成的纤维材料的纤维直径分布直方图。

 

图2.使用 (a) ES 或 (b) EA-SBS 技术在纤维材料上培养细胞的活/死检测。活细胞用钙黄绿素染色，显示为绿色；死细胞用碘化丙啶（PI）染色，显示为红色。比例尺为 250 μm。