一、研究背景

电纺丝（ES）是一种生产无纺纳米纤维垫或膜的简单技术，也是一种实用且适应性强的技术，可生产直径从纳米到微米的连续聚合物纤维。此外，这种方法用途广泛，可以封装多种药物，从而调节药物的释放曲线。该方法的其他优点还包括无需升温，且最终产品不含任何残留溶剂。

据报道，ES 中含有 200 多种聚合物。天然聚合物（胶原蛋白、壳聚糖、明胶、透明质酸、蚕丝纤维素等）和合成物（聚己内酯、聚乳酸、聚乙醇酸、上述物质的共聚物等）已被电纺成纳米纤维，形成了生物医学应用的潜在支架。电纺纳米纤维具有许多显著特性，包括但不限于直径小、表面积大、均匀性好、物理和化学性质独特以及柔韧。

典型的 ES 配置（单轴电纺丝，U-ES）由四个基本要素组成：容纳聚合物溶液（或熔体）的毛细管、喷丝板或喷嘴、收集器和高压源。将聚合物溶液置于高压下（通常为 10 至 30 千伏），液滴表面就会产生电荷。随着电场强度的增强，溶液的半球形表面在毛细管顶端拉长，最终形成一个锥形结构，称为泰勒锥。一旦电压进一步升高，带电射流就会从泰勒锥中喷出，流向收集器。随着射流的流动，溶剂蒸发，在收集器上留下随机排列的干聚合物纤维。

关于电纺纱工艺参数如何影响纤维形态直至获得均匀纤维的问题，已经进行了许多研究。对不同材料的电纺工艺主要参数的影响进行了分析，并将其分为溶液参数（溶液浓度、溶剂和溶剂组合）、工艺参数（电位差、针和收集器之间的距离、针直径和溶液流量）和环境参数（温度和相对湿度）。值得一提的是，所有参数都会影响纳米纤维的形态，而且在电纺丝过程中没有一个参数是独立起作用的，因此必须优化不同的参数，才能设计出具有所需结构和性能的纳米纤维毡。

给药系统的主要目的是根据所治疗的病症，在预定的时间内精确给药。相关研究已经进行了数十年，市场上的给药系统形式各异，并具有治疗多种疾病的机制。尽管可以通过 U-ES 方法用聚合物溶液和模型药物制备药物负载纳米纤维膜，但这种混合膜不可避免地会出现初始猝发释放的问题，这对于持续给药并不理想。为了解决这个问题，有必要对膜进行后处理，如交联或化学修饰。然而，这些类型的后处理会导致毒性和生物相容性下降。此外，在薄纤维结构中加入生物活性分子或药物仍然具有挑战性，因为这不应该对膜的特性或药物活性产生负面影响。可以通过改变纤维直径、孔隙率和药物结合机制来调节药物释放率。

图1.封装和释放程序方案

在本研究中，牛血清白蛋白（BSA）被用作药物释放研究的模型蛋白质。牛血清白蛋白是一种广泛且常用于药物释放研究的蛋白质。它的特性，如纯度高、水溶性好、价格低廉、易于获得等，使其成为药物释放模型蛋白质的首选。

虽然有些天然聚合物与原生组织中的细胞外基质蛋白相似，但与合成聚合物相比，大多数天然聚合物的机械性能较差，稳定性较低，降解速度较快。此外，从动物来源提取的天然聚合物分子结构中含有不受欢迎的生物物质，污染风险很高。因此，合成聚合物是生物医学应用的理想替代品。人们经常开发混合聚合物网络，将天然材料的生物活性特性与合成聚合物的物理属性相结合。这种方法具有明显的优势，可以定制生物材料的机械和生物降解特性，提供与生理和生物功能相关的特性。

本研究使用的主要材料是聚乙烯醇（PVA），这是一种生物相容性和可生物降解的合成聚合物（图 2a），已被广泛应用于各种医疗领域，包括用作控制药物释放的载体。由于将 PVA 与药物结合在一起，它可以在治疗过程中将治疗剂量维持在特定部位，从而避免出现峰值（即释放动力学中的 “爆发”）。