宋路平，閔爾君，王 旭

(安徽工程大學(xué) 紡織服裝學(xué)院，安徽 蕪湖 241000)

創(chuàng)傷敷料是一種覆蓋于燙傷、燒傷、潰瘍或其他受創(chuàng)的皮膚表面,對(duì)皮膚破損處起到暫時(shí)保護(hù)與治療作用的醫(yī)用材料,能保護(hù)傷口免受細(xì)菌等外源性污染并促進(jìn)傷口愈合。傳統(tǒng)醫(yī)用敷料多為價(jià)格低廉的紗布和脫脂棉，在一定程度上起到保護(hù)受損處、降低創(chuàng)面感染風(fēng)險(xiǎn)的作用，但該類敷料不能應(yīng)用于感染性傷口，且無(wú)法促進(jìn)傷口愈合。同時(shí)，更換紗布易引起創(chuàng)面皮膚黏膜撕扯造成二次損傷，不利于傷口愈合[1]。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和人們生活水平的不斷提高，開(kāi)發(fā)新型醫(yī)用敷料逐漸成為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[2]。相比傳統(tǒng)醫(yī)用敷料，新型醫(yī)用敷料具有加速創(chuàng)面修復(fù)、減少傷口感染和縮短病程等優(yōu)點(diǎn)，可以有效減輕患者痛苦，市場(chǎng)潛力巨大。其中，基于靜電紡絲技術(shù)制備的醫(yī)用納米纖維膜是新型醫(yī)用敷料中的典型代表。基于靜電紡絲技術(shù)制備的納米纖維膜具有高比表面積、高孔隙率及良好的生物相容性等優(yōu)點(diǎn)，在醫(yī)用紡織材料領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用[3]。近年來(lái)靜電紡絲納米纖維用于創(chuàng)面修復(fù)生物敷料的研究得到了廣泛關(guān)注，多種合成高分子及天然高分子已經(jīng)被紡制成納米纖維并用于創(chuàng)面敷料。本研究檢索并分析了近年來(lái)該領(lǐng)域的文獻(xiàn)，介紹了基于靜電紡絲方法的醫(yī)用創(chuàng)傷敷料的制備原理、工藝方法及應(yīng)用情況，以期為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)并推廣該類材料提供參考。

1 創(chuàng)傷敷料的種類

創(chuàng)傷敷料的作用機(jī)制是通過(guò)吸收傷口滲出液來(lái)保護(hù)傷口免受外源性污染，為創(chuàng)面提供有利環(huán)境，從而促進(jìn)傷口愈合[4]。理想的傷口敷料應(yīng)該具有良好的生物相容性，能為傷口提供濕潤(rùn)的環(huán)境，允許氣體交換，保護(hù)傷口免受細(xì)菌等微生物的傷害，且無(wú)毒、無(wú)致敏性[5-6]。創(chuàng)傷敷料按其與傷口的作用可分為傳統(tǒng)敷料、相互作用型敷料和生物活性敷料3種類型[7-8]。傳統(tǒng)敷料被動(dòng)放置于創(chuàng)面吸收滲出液，為創(chuàng)面提供的保護(hù)有限，治療效果不佳；相互作用型敷料通過(guò)其與創(chuàng)面之間不同形式的相互作用，如吸收有毒物質(zhì)及滲出液、允許氣體交換，從而促進(jìn)創(chuàng)面愈合，達(dá)到阻隔外界污染、預(yù)防創(chuàng)面交叉感染的作用；生物活性敷料由高分子材料與生物活性材料經(jīng)高新技術(shù)方法加工制成，具有雙層或多層結(jié)構(gòu)，其外層以高分子材料為皮膚表面提供物理屏障，內(nèi)層選用吸水性、透氣性、抗菌性和止血效果較好且具有生物相容性的材料。

2 靜電紡絲技術(shù)原理及靜電紡絲納米纖維的特點(diǎn)

靜電紡絲是一種較為特殊的纖維制造技術(shù)，它首先將待紡絲材料制備成聚合物溶液或熔體，再對(duì)其施加強(qiáng)電場(chǎng)，使之在電場(chǎng)作用下噴射紡絲，制造出納米級(jí)直徑的纖維[9]。靜電紡絲裝置主要由高壓電源、噴絲頭及接收裝置(捕捉電極)等部分組成(圖1)。其原理是在加入紡絲溶液的噴嘴前端施加高電壓或者對(duì)紡絲溶液施加高電壓，在噴嘴前端的紡絲液滴表面，當(dāng)電荷聚集到一定程度進(jìn)而相互排斥時(shí)，從噴嘴流出的小液滴逐漸變成圓錐狀。電荷排斥力不斷增強(qiáng)，當(dāng)排斥力超過(guò)紡絲液表面張力時(shí)液流從圓錐的尖端噴出，噴出的紡絲液流變細(xì)及表面積快速增大，液流受到進(jìn)一步拉伸細(xì)化，此時(shí)溶劑揮發(fā)在接收裝置上形成納米纖維[10]。

圖1 靜電紡絲裝置

靜電紡絲纖維直徑可達(dá)到納米級(jí)別，具有比表面積大、孔隙率極高且生物相容性好等優(yōu)點(diǎn)[11-12]。比表面積大便于細(xì)胞黏附和增殖，利于創(chuàng)面愈合。孔隙率高可促進(jìn)細(xì)胞與外界進(jìn)行氣液交換，加快傷口愈合?？紫段⒔Y(jié)構(gòu)可以避免空氣中的灰塵等大顆粒物質(zhì)與傷口接觸造成感染，亦可防止傷口脫水。在生物相容性方面，靜電紡納米纖維膜的3D結(jié)構(gòu)與天然細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)結(jié)構(gòu)相似，可促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)與繁殖，從而刺激組織再生。上述優(yōu)點(diǎn)使得基于靜電紡絲技術(shù)制備的醫(yī)用敷料相較于傳統(tǒng)醫(yī)藥敷料有著明顯優(yōu)勢(shì)。

3 靜電紡絲技術(shù)在創(chuàng)傷敷料領(lǐng)域的應(yīng)用

基于靜電紡絲方法制備的創(chuàng)傷敷料主要有天然高分子材料敷料、合成高分子材料敷料、添加藥物因子敷料及含銀敷料等。目前，以天然材料(殼聚糖、明膠、海藻酸鈣等)為內(nèi)部材料的敷料研究居多。這類敷料能有效吸收創(chuàng)面滲出液，維持創(chuàng)面氣體交換，且為創(chuàng)面提供了一個(gè)濕潤(rùn)的環(huán)境，有利于細(xì)胞黏附和增殖，促進(jìn)傷口愈合[13-14]。

3.1 以天然高分子材料為主的敷料

天然高分子材料如膠原、殼聚糖、海藻酸鈣等大多本身就具備抗菌、止血的功能，再經(jīng)靜電紡絲技術(shù)加工成納米纖維敷料后，充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，能更好地促進(jìn)細(xì)胞吸附與繁殖，進(jìn)而加快傷口愈合。舒泉水等[16]、Safi等[17]以海藻酸鈣為基質(zhì)加入其他物質(zhì)進(jìn)行靜電紡絲，得到的納米纖維具有良好的吸液性和體外抑菌效果。馬露等[18]利用靜電紡絲法制備了殼聚糖/聚丁二酸丁二醇酯復(fù)合納米纖維膜敷料，而且通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明當(dāng)殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90%時(shí)，纖維膜的凝血效果最好。陳華等[19]制備了一種靜電紡絲素納米纖維敷料并通過(guò)建立大鼠燙傷模型來(lái)觀察其治療效果，結(jié)果表明該種敷料能有效縮短創(chuàng)面愈合時(shí)間。白爽等[20]將含有膠原蛋白和殼聚糖的紡絲溶液通過(guò)靜電紡絲技術(shù)紡織在海藻酸鹽無(wú)紡布基布上，制備成新型傷口敷料(復(fù)合海藻酸鹽敷料)，并通過(guò)體外凝血等一系列實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)該復(fù)合敷料具有優(yōu)良的止血性能，促創(chuàng)傷愈合的效果明顯，有望開(kāi)發(fā)成新型傷口敷料。以天然高分子材料為主的敷料具有很好的抗菌、止血效果，對(duì)傷口愈合具有很好的促進(jìn)作用，主要用于組織工程和術(shù)后創(chuàng)口，但此類材料成分較為復(fù)雜，存在難以加工、紡絲和大規(guī)模生產(chǎn)等問(wèn)題，目前多采用加入一些高機(jī)械強(qiáng)度物質(zhì)的方法來(lái)提高其可紡性。

3.2 以合成高分子為基質(zhì)的復(fù)合敷料

此類敷料多采用合成高分子材料摻雜天然高分子材料進(jìn)行復(fù)合紡絲，以對(duì)天然高分子敷料的相關(guān)性能進(jìn)行改善，或?yàn)榧彸龅募{米纖維增加其他性能，進(jìn)而制備出具備更高療效的傷口敷料。張祥愛(ài)[21]利用靜電紡絲的方法制備出一種膠原與聚乳酸-乙醇酸復(fù)合的納米纖維膜敷料，并對(duì)其作為傷口敷料的性能進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)該納米纖維膜不僅能為傷口提供保護(hù)，吸收傷口多余滲液，維持氣液交換，提供舒適、濕潤(rùn)的環(huán)境，促進(jìn)傷口愈合，而且有利于細(xì)胞黏附和增殖，與傳統(tǒng)敷料相比具有明顯優(yōu)勢(shì)。Levengood等[22]制備了一種靜電紡聚己內(nèi)酯/殼聚糖納米纖維膜并對(duì)其進(jìn)行相關(guān)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)該納米纖維膜與小鼠皮膚的彈性模量相近且生物相容性優(yōu)良，相較于其他聚合物敷料，對(duì)小鼠傷口的愈合具有更好的促進(jìn)效果。韓超[23]借助靜電紡絲技術(shù)，以生物相容性良好的左旋-聚乳酸為基質(zhì)，利用多面體聚倍半硅氧烷中的硅元素可促進(jìn)皮膚再生或修復(fù)的特性，制備了負(fù)載抗菌藥物的復(fù)合纖維膜，可實(shí)現(xiàn)抗菌與促修復(fù)雙功能。以合成高分子為基質(zhì)的復(fù)合敷料具有較好的機(jī)械強(qiáng)度且可紡性強(qiáng)，此類敷料主要應(yīng)用于各種滲出型傷口和出血性傷口。

3.3 添加藥物、細(xì)胞因子、生長(zhǎng)因子等物質(zhì)的敷料

此類敷料主要是在紡絲液中加入具有抗菌止血功能的藥物(圖2)，或者細(xì)胞因子、生長(zhǎng)因子等來(lái)提高敷料的性能，促進(jìn)傷口愈合。吳倩倩等[24]采用靜電紡絲技術(shù)制備負(fù)載恩諾沙星的聚偏氟乙烯(PVDF)復(fù)合納米纖維膜，發(fā)現(xiàn)當(dāng)PVDF質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%、恩諾沙星質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%時(shí)，纖維膜釋藥速度平穩(wěn)、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)且具備優(yōu)異的抗菌性能，適合用作傷口敷料。Thakur等[25]采用靜電紡絲技術(shù)將鹽酸利多卡因和莫匹羅星兩種藥物分別混入聚乳酸纖維膜中，通過(guò)一系列測(cè)試發(fā)現(xiàn)兩種藥物均有抑菌作用且效果顯著，有利于傷口愈合。石銳等[26]將三甲氧基硅基丙基十八烷基二甲氧氯化銨(QAS)改性聚己內(nèi)酯(PCL)/明膠復(fù)合材料(PG-Q)，通過(guò)靜電紡絲技術(shù)制備出一種非溶出廣譜抑菌型納米纖維膜，發(fā)現(xiàn)QAS質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%和20%的樣品12 h后對(duì)金葡菌及綠膿桿菌的抑制率均超過(guò)99%，認(rèn)為該P(yáng)G-Q膜可作為一種抑菌型傷口敷料用于創(chuàng)面護(hù)理。Tracey等[27]采用靜電紡絲法，以殼聚糖、海藻酸鈉和聚乙烯醇為原料制備了去鐵胺(DFO)負(fù)載的雙層納米纖維氈并對(duì)其進(jìn)行一系列測(cè)試，發(fā)現(xiàn)雙層納米纖維氈無(wú)細(xì)胞毒性，另外體外劃痕實(shí)驗(yàn)顯示了傷口愈合的潛能。添加藥物、細(xì)胞因子、生長(zhǎng)因子等的傷口敷料可提高敷料生物活性，但存在藥物或其他物質(zhì)與基質(zhì)材料難以復(fù)合紡絲，以及后期藥物釋放過(guò)程難以掌控等問(wèn)題。

圖2 不同藥物分子結(jié)構(gòu)式

3.4 含銀敷料

銀離子具有很強(qiáng)的殺菌抗菌效果，銀離子敷料作為一種新型醫(yī)用傷口敷料，在傷口愈合過(guò)程中能持續(xù)釋放銀離子，有效預(yù)防創(chuàng)面交叉感染，促進(jìn)傷口愈合[28-29]。徐海濤等[30]將海藻酸鈉和聚乙烯醇粉末及含磷酸鋯鈉銀的溶液混合制成紡絲液，通過(guò)靜電紡絲工藝制備成納米纖維膜敷料，并對(duì)制備的載銀敷料的力學(xué)性能、抗菌性能、細(xì)胞毒性等進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)該載銀敷料力學(xué)性能優(yōu)異，抗菌效果明顯且細(xì)胞毒性極其輕微，對(duì)大腸桿菌具有極強(qiáng)的抑制作用，適合臨床推廣。Melike等[31]經(jīng)過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)，在生產(chǎn)溶液中加入硝酸銀，開(kāi)發(fā)出一種離心靜電紡絲熱交聯(lián)明膠基纖維生物材料，發(fā)現(xiàn)該種材料具有高度的透氣性，并對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌表現(xiàn)出抗菌活性，可用于傷口敷料。含銀敷料主要應(yīng)用于開(kāi)放性創(chuàng)口，能吸收滲出液，高效抑制細(xì)菌繁殖，促進(jìn)傷口愈合。但是，目前市場(chǎng)上大多數(shù)含銀敷料存在抗菌時(shí)間短、換藥頻率高、價(jià)格昂貴的問(wèn)題，且含銀敷料不能用于對(duì)銀過(guò)敏的患者。

4 靜電紡絲創(chuàng)傷敷料的制備工藝

靜電紡絲的工藝不同，其創(chuàng)傷敷料的制備方法也各不相同。根據(jù)靜電紡絲時(shí)紡絲液體系的不同，可將其分為溶液狀態(tài)的靜電紡絲和熔融狀態(tài)的靜電紡絲[32-33]。目前在靜電紡絲創(chuàng)傷敷料領(lǐng)域，采用溶液靜電紡絲來(lái)制備創(chuàng)傷敷料的研究較多，而在溶液靜電紡絲制備工藝中，又以同軸紡絲和共混紡絲居多。靜電紡絲一般采用一種聚合物溶液，通過(guò)一個(gè)孔噴出，形成單軸納米纖維。圖3為同軸靜電紡絲裝置示意圖。該裝置較普通的靜電紡絲裝置多一個(gè)注射器，目的是將兩種聚合物溶液分別置于不同的給液器中，再經(jīng)同心圓構(gòu)造的雙噴絲頭分別噴出，最后在噴絲頭出口形成殼-芯結(jié)構(gòu)的納米纖維[34-36]。

圖3 同軸靜電紡絲裝置

葉原豐等[37]將2 mg/mL的氧化石墨烯水溶液加入130 mg/mL的聚乙烯醇水溶液(聚乙烯醇水溶液與氧化石墨烯水溶液體積比10∶1)中，并加入適量藥物配成共混電紡溶液，在電壓15 kV、固化距離15 cm時(shí)，其具有優(yōu)異的可紡性，對(duì)制得敷料的藥物控釋能力進(jìn)一步研究表明，敷料藥物負(fù)載量高，具有優(yōu)異的緩控釋性能。Gu等[38]以醋酸水溶液為溶劑制備出明膠/左旋聚乳酸(PLLA)復(fù)合納米纖維，其理化性能測(cè)試結(jié)果顯示，多結(jié)構(gòu)的明膠/PLLA電紡纖維墊能減少水分蒸發(fā)帶來(lái)的損失，提高排液能力。Sheng等[39]將維生素A和維生素E的水溶性衍生物(TPGS)通過(guò)同軸靜電紡絲技術(shù)摻入絲素納米纖維中，制成的納米纖維呈界面清晰的核-殼結(jié)構(gòu)，有望用于傷口愈合和皮膚再生。Jin等[40]利用同軸紡絲技術(shù)制備出一種具有核-殼結(jié)構(gòu)的表皮誘導(dǎo)因子(EIF)-明膠/聚乳酸核-聚己內(nèi)酯納米纖維，其中明膠/聚己內(nèi)酯為殼層、EIF為核層，核層中還封裝了胰島素、氫化可的松等藥物。

5 結(jié)語(yǔ)

靜電紡絲作為一種高新技術(shù)，因其制備的納米纖維膜具有高比表面積、高孔隙率及良好的生物相容性而被廣泛應(yīng)用于創(chuàng)傷敷料領(lǐng)域，但作為此類敷料的天然高分子材料存在可紡性差、機(jī)械強(qiáng)度差、難以大規(guī)模生產(chǎn)等問(wèn)題，合成高分子材料存在生物相容性較差的問(wèn)題。為了解決這些問(wèn)題，可在靜電紡絲溶液或纖維基底中加入一些化學(xué)物質(zhì)或生物活性物質(zhì)來(lái)抑制感染、提高細(xì)胞活性、加速細(xì)胞黏附與增殖并促進(jìn)傷口愈合。在工藝上，采用同軸紡絲或多噴頭紡絲可避免部分藥物等其他物質(zhì)與高分子材料共混時(shí)發(fā)生性質(zhì)變化，有助于提高高分子材料與藥物因子等物質(zhì)復(fù)合紡絲的成功概率。由此可見(jiàn)，添加化學(xué)物質(zhì)和生物活性劑的同軸或多噴頭復(fù)合靜電紡絲納米纖維將成為未來(lái)傷口敷料領(lǐng)域新的研究方向。