一、研究背景

通过移植进行组织修复是最有前途的组织再生技术之一。移植包括从一个人（捐赠者）身上切除组织或器官，然后通过手术将其移植到另一个人（接受者）身上，或将其从同一个人身上的一个部位移到另一个部位。移植分为两种，即自体移植和异体移植。自体移植指的是来自接受移植的同一个人的组织或器官。它最常用于治疗淋巴瘤和白血病等血癌。自体移植方法的一些缺点是可用性有限和供体部位发病率高。自体移植的另一种替代方法是异体移植，即把一个人的组织或器官移植给另一个人。异体移植用于治疗和修复受损的肢体、肌腱、心脏瓣膜、皮肤、角膜等。然而，异体移植存在疾病转移的风险，并有可能引起免疫反应。因此，组织工程（TE）已成为再生或修复受损组织的绝佳方法，有可能克服自体和异体组织修复的所有局限性。

TE 是一个新兴的跨学科领域，它将工程学和生命科学的原理应用于组织再生。如图 1 所示，TE 方法利用细胞、生物材料或两者的结合来维持、修复或改善组织功能。例如，温度响应聚合物刷涂层（TRPBCs）就是将细胞和生物材料结合用于 TE 治疗的先进生物医学应用之一。

组织工程最初有三种主要方法，并在不断改进。第一种方法是仅使用工程基质引导组织再生。在这种方法中，通常是在相关部位植入支架，然后从周围组织中迁移细胞并植入支架。第二种方法是只在相关部位引入异体、自体细胞或异种细胞。这种方法的优点是手术创伤小，而且细胞在输注或注射前可通过克隆繁殖或重组基因工程进行操作。最后，第三种方法是在基质上或基质内构建细胞。在第三种方法中，将细胞构建体播种在生物可降解支架上，作为合成的细胞外基质，植入体内的修复部位。事实上，器官特异性细胞通常在移植前被播种到体外支架上，随着时间的推移，支架同时降解，细胞合成新的细胞外基质，最终产生新的功能良好的组织。

TE 能够再生患者的器官和组织，而这些器官和组织完全没有不良的生物相容性、低双功能性和严重的免疫排斥反应，这是其特殊优势之一。由于这些特殊优势，TE 通常被认为是一种最终理想的医疗方法。生物材料在 TE 中非常重要，因为它们是细胞增殖和粘附的支架或基质。通过 TE 生产支架的主要目的是在纳米尺度上模拟天然细胞外基质 (ECM)，从而为细胞增殖和附着提供更有利的环境。

目前，电纺丝、自组装和相分离是使用 TE 制造纳米纤维支架的三种主要方法。表 1 综述了合成纳米纤维支架的主要制造方法的优点和缺点。电纺丝是研究最多的方法，似乎也是 TE 应用前景最好的方法。仅有少数研究将自组装和相分离的纳米纤维用作 TE 支架。自静电纺丝设备发明以来，由于电纺丝技术具有许多优点，包括高孔隙率、高表面体积比、可简单实现适当的纤维形态和机械强度等，许多聚合物已成功用于各种应用。此外，电纺丝方法本身也很灵活，因为可以使用各种聚合物将纤维纺成任何想要的形状。 药物输送、伤口愈合、生物医学应用、环境工程、食品包装和 TE 组织只是电纺纳米纤维广泛应用的几个领域。最近，以纳米纤维为基础的支架技术作为 TE 支架也开始受到研究。这种方法可以制造出能够复制 ECM 的支架，再加上纳米纤维的高表面积与体积比，可促进细胞迁移、增殖、粘附和分化，而所有这些都是 TE 应用中非常需要的特性。因此，本综述将重点介绍用于制造 TE 应用纳米纤维的电纺丝方法。本综述还就纳米纤维的制造和表征方面的当前研究提供了非常有用的信息。本综述论文的独特之处在于，它不仅详细介绍了静电纺丝设备在 TE 中应用的最新研究成果，而且还详细讨论了 TE 应用中电纺丝的主要局限性以及解决这些局限性的几种可能方案。

二、摘要

组织工程（TE）是一个新兴的研究领域，它融合了生物学、医学和工程学原理，用于设计生物替代品，以维持、恢复或改善组织功能，从而避免器官移植。在各种支架技术中，电纺丝是合成纳米纤维支架最广泛使用的技术之一。电纺丝作为一种潜在的组织工程支架技术引起了人们的极大兴趣，并在许多研究中得到了广泛讨论。纳米纤维具有很高的表面体积比，而且能够制造出模拟细胞外基质的支架，有利于细胞的迁移、增殖、粘附和分化。这些都是 TE 应用非常理想的特性。然而，尽管电纺支架具有广泛的应用和明显的优势，但它仍存在两大实际局限性：细胞穿透性差和承重应用差。此外，电纺支架的机械强度较低。为了克服这些局限性，不同的研究小组提出了几种解决方案。本综述概述了用于合成 TE 应用纳米纤维的电纺技术。此外，我们还介绍了当前有关纳米纤维制造和表征的研究，包括电纺丝的主要局限性以及克服这些局限性的一些可能解决方案。

三、结论

用于 TE 应用的纳米纤维支架可采用电纺丝、自组装和相分离这三种主要支架制造技术之一来合成。在这些技术中，电纺丝技术是研究得最多的，似乎也是最有希望用于 TE 的技术。电纺丝是一种干法纺丝工艺，利用静电力从聚合物溶液中提取纤维。静电纺丝设备因其成本低廉、用途广泛、操作简单并能形成类似 ECM 的结构，已被证明是制造 TE 支架的有力工具。利用电纺丝技术合成的纳米纤维可使支架具有更高的孔隙率和更大的表面积。这些特性已被证明能为细胞粘附、增殖和分化提供有利的环境。因此，纳米纤维支架目前正被探索用作皮肤、心脏、骨骼、神经和血管 TE 的支架。然而，为了最终用于临床应用，应考虑到传统电纺支架细胞浸润性差和机械强度低的问题。电纺固有的这些局限性最近引起了广泛关注，并提出了各种解决方案来克服这些局限性。尽管存在这些局限性，但以往的研究清楚地表明，基于纳米纤维的支架在开发 TE 的广泛应用方面具有极佳的潜力。未来的研究应探索多功能支架，使其能够通过传递生物活性信号，在物理上促进细胞发育并支持组织再生，从而使其在临床应用市场发挥作用。将电纺纳米纤维的生产从实验室规模推向商业规模至关重要，这将使多个学科的研究人员能够按照预期目标制造和设计创新的组织工程基底。展望未来，只要有合适的材料、优化的纺丝参数和精心选择的纺丝介质，就有可能开发出电纺丝技术，生产出应用广泛的新型材料。

图1.组织工程。

 

图2.电纺丝工艺设置示意图：（a）电纺丝设备的垂直设置和（b）水平设置。

 

图3.支架在TE中的应用。