一、研究背景

慢性伤口影响着不同疾病和损伤（如烧伤、创伤或糖尿病）的患者，因其发病率高、截肢风险大和严重的社会经济负担，已成为全球主要的公共和经济健康问题。如果治疗不当，会对患者的生活质量造成负面影响。除了需要较长的愈合期外，还可能导致截肢，在某些情况下甚至会导致死亡，具体视损伤情况而定。例如，仅在美国，就有 650 多万人患有慢性损伤，每年的治疗费用超过 250 亿美元。

目前，治疗这些病变的方法是使用自体皮肤移植到患处，以防止病原体入侵，在某些情况下，甚至会导致患肢截肢，如糖尿病足和严重感染的病例。此类组织损伤愈合缓慢，给患者及其家人带来长期痛苦，需要频繁处理伤口（清洗、更换敷料），还需支付高昂的住院强化治疗费用，并增加并发症风险。有鉴于此，人们一直在寻找更方便的解决方案，以找到高效、易于管理的治疗方法，减少、预防和/或尽量减轻伤口恶化，以功能性和美观性都令人满意的方式实现快速愈合。为了满足这一全球性需求，人们提出了几种制造伤口敷料的新材料和新技术。

对可用于治疗伤口的敷料的需求不断增长，对全球市场产生了重大影响（2020 年超过 70 亿美元），预计到 2025 年复合年增长率（CAGR）将达到 9.7%。根据国家伤口护理战略计划（NWCSP，2021 年），每 220 万有伤口的人中，有 29% 的人的急性伤口与外伤、手术、脓肿或烧伤有关，需要使用伤口敷料。这些数字促使人们开发能加速伤口组织再生的设备，促进慢性损伤患者的快速康复，从而恢复他们的生活质量。

旋转喷射纺丝（RJS）是一种从微米级到纳米级的聚合物溶液制膜的工艺 。它利用静电纺丝机电动机提供的高转速，将聚合物溶液分散成射流，快速蒸发，并在圆柱形收集器中沉积聚合物纤维。与其他纤维方法相比，这种技术具有操作简便、效率高的优点，只需少量溶液即可生产大量纤维（纤维产量高）。此外，它不需要聚合物导电溶液或高压源，这不仅降低了成本，而且无需导电溶液即可加工各种聚合物溶液。通过旋转喷射纺丝技术获得的纳米纤维具有柔韧性、大表面积和易于设计修改等特点。因此，从旋转喷射纺丝纤维中获得的纳米纤维可用作过滤器、防护服、储能器、传感器和电池隔膜

这些 RJS 聚合纤维可用于医疗领域，尤其是组织工程、药物输送系统和再生伤口敷料。目前，聚合物膜因其高孔隙率（氧气渗透）和大表面积（细胞培养）而被用作敷料。它必须保持伤口部位的湿度，防止受损组织受到微粒和污染物的影响。聚合膜应无毒或不会引起过敏，能够保护伤口免受任何创伤，不渗透任何杀菌活动。它应具有足够的隔热性、舒适性，并能适应伤口区域，辅助愈合过程（图 1）。此外，还可将靶向药物融入聚合物基质，在愈合过程中发挥治疗作用。一些用作潜在伤口敷料的 RJS 聚合纤维是由天然聚合物制成的，通常带有一些药物生物活性，例如聚（乳酸）/明胶/环丙沙星、羧化壳聚糖/聚环氧乙烷/布洛芬和水解大豆蛋白/纤维素的组合，两者都具有抗菌活性，类似于原生细胞外基质，可加速皮肤再生。

目前，人们对旋转喷射纺丝研究的兴趣与日俱增，因为其成果前景广阔，尤其是在生物医学应用中使用 RJS 纤维。在本综述中，我们将深入探讨利用静电纺丝机旋转喷射纺丝工艺的技术、与纤维方法的比较、操作参数对所生产纳米纤维的影响，以及其产品如何应用于不同领域，特别是在伤口敷料方面的一些显著应用。

二、摘要

伤口由不同原因造成（如外伤、手术和糖尿病溃疡），根据患者的机体和治疗方法，甚至需要长时间的重症护理才能愈合。目前，由微米级和纳米级聚合物纤维制成的伤口敷料在愈合受伤部位方面大有可为。它们具有很大的表面积和孔隙率，可模仿纤维状细胞外基质结构，促进细胞粘附、迁移和增殖，加速伤口愈合过程。由于这些特性，这些材料在生物医学和组织工程中的应用数不胜数，还可用作生物活性分子的药物输送系统，帮助组织再生。用于设计这些纤维的技术包括纺丝方法（电子、旋转喷射）、喷气和三维打印。这些技术都有一些重要的优点，如操作简便、工艺参数可变（聚合物类型）等，但也存在一些可扩展性问题。据介绍，RJS 是一种简单、低成本的技术，可实现纤维生产的高效率和高产量，还能加入生物活性剂，提高 RJS 伤口敷料的愈合潜力。本综述探讨了使用 RJS 生产聚合物纤维的问题，介绍了 RJS 的概念、配置类型、与其他纺丝技术的比较、最常用的聚合物以及影响纤维生产的相关参数，最终用于伤口敷料的开发。

三、结论

静电纺丝机纳米纤维制造技术的最新发展使得纳米纤维的特性可控，如高表面积/体积比及其封装生物活性分子以控制释放的能力。人们对先进伤口愈合技术的认识不断提高，肥胖、糖尿病、心血管疾病和退行性疾病导致的溃疡发病率不断上升等因素推动了伤口护理市场的增长。RJS 技术是一种相对较新的生产生物医学应用聚合物纤维材料系统的工艺，可用于快速生产大量最终产品。它还能制造出仿生多孔细胞外基质结构（支架），从而实现生物相容性、细胞粘附和增殖。此外，RJS 工艺制备的生物聚合物纳米纤维具有多功能性，可提供具有可调机械性能（拉伸模量、峰值载荷和断裂应变）和生物性能（生物降解性、空气扩散）的材料，有助于组织再生技术。它们的高孔隙率能更好地扩散氧气和药物，这对于表皮应用，尤其是伤口敷料非常有利。这些特性使生物聚合物纳米纤维成为设计更全面的促进再生解决方案的强大基石。RJS 聚合物支架的生产使材料具有优异的性能，兼具可加工性、强度、弹性和生物相容性。除了 RJS 技术的优势外，由于多种皮肤损伤（烧伤、外伤、手术、糖尿病溃疡、感染等）需要针对性的伤口愈合治疗，预计该技术的发展将带来可定制的愈合配方。RJS 伤口敷料在市场上仍处于开发阶段，但其快速愈合、给药和以较小的创伤性手术提高患者生活质量的良好特性正吸引着人们对 RJS 技术的关注和青睐。与其他已知的生产技术相比，RJS 技术可以用较少的原料生产敷料，但敷料是定制的，没有针对每个临床病例的统一标准，因此仍有必要探索这些条件并投资投入，以统一服务于这一细分市场。使用 RJS 生产伤口敷料必须克服的一个障碍涉及其生产能力，因为目前还没有工业规模的 RJS 设备记录。

图1.伤口敷料在愈合过程中的作用方案（自行绘制）。

 

 

图2.在免费软件 VosViewer [65] 使用 Scopus 数据进行的文献计量分析中，有关 RJS 技术及其相关领域的出版物。

图3.RJS 装置：(A) 收集器，(B) 储液器，(C) 电机，(D) 喂料区（经授权修改自 [69]，美国化学学会版权所有，2015 年）。

 

图4.RJS 设备中聚合物熔融喷流的形成（经授权修改自 [74]，版权归 IOP Publishing Ltd. 2018 所有）。

 

图5.熔融 RJS 方案（经授权修改自 [72]，美国化学学会 2012 年版权所有）。

 

图6.用于药物输送的纳米纤维制造中的不同设计结构