2020年电纺技术在生物敷料应用的重要学术成果集锦

 1.静电纺Janus纳米纤维载药和无机纳米颗粒作为有效的抗菌伤口敷料的研究  

伤口敷料最重要的特性是它的抗菌性能。尽管静电纺丝纳米纤维经常被证明是用于伤口敷料的有效候选材料，但还没有针对这种流行应用的Janus纤维被探索。本研究采用双侧静电纺丝法制备聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和乙基纤维素(EC)聚合物基质组成的双面创面敷料，两侧分别负载环丙沙星(CIP)和银纳米粒子(AgNPs)。利用自制的偏心喷丝器来保持制备过程的连续性。扫描电镜和透射电镜结果表明，Janus纤维具有均匀的圆柱形形态，Janus结构清晰，AgNPs分布在一侧。x射线衍射图谱表明，由于干燥速度快，且与PVP相容性好，药物以非晶态存在于纤维中，红外光谱验证了这一点。体外试验表明，超过90%的CIP在最初的30分钟内释放，确保了在伤口愈合的初始阶段具有强大的抗菌作用。结果表明，Janus纤维对革兰氏阳性金黄色葡萄球菌和革兰氏阴性大肠杆菌均有良好的杀菌活性。因此，PVP-CIP/EC-AgNPs Janus纤维有望成为一种有效的创面敷料。这项工作为创建基于Janus结构的高级功能纳米材料开辟了新途径。

图1 本文中双侧静电纺丝过程的原理图

论文链接： https://sci-hub.st/10.1016/j.msec.2020.110805#

  2. 基于聚己内酯(PCL)/聚苯胺(QCSP)的抗氧化电活性抗菌纳米纤维创面敷料用于全层皮肤创面愈合的研究  

迫切需要开发一种新型的多功能纳米纤维创面敷料，集适宜的力学性能、电活性、抗氧化和内在抗菌活性于一体，促进创面愈合过程，以满足日益增长的临床需求。利用聚己内酯(PCL)的良好力学性能和聚苯胺(QCSP)的多功能性，通过静电纺丝聚己内酯(PCL)和聚苯胺(QCSP)聚合物溶液制备了一系列抗菌、抗氧化、电活性纳米纤维膜。纳米纤维创面敷料具有电活性、类似于软组织的力学性能、清除自由基能力、抗菌性能和生物相容性。其中，PCL/QCSP15(样品中15wt%的QCSP)在抗菌活性和细胞增殖之间表现出良好的平衡能力，在小鼠全层创面缺损模型中，与商业敷料(TegadermTM膜)和纯PCL (PCL/QCSP0)纳米纤维膜相比，PCL/QCSP15明显加速了创面愈合过程。组织病理学检查和免疫荧光染色显示，PCL/QCSP15纳米纤维敷料处理的创面胶原沉积增加，肉芽组织厚度增加，血管生成增多。总之，这些抗菌、抗氧化、电活性纳米纤维膜在全层皮肤修复方面表现出了良好的应用前景。

图2 (a) PCL/QCSP 纳米纤维膜的制备和特性示意图;(b)每个PCL/QCSP NFM样品参数;(c) CS、QCSP、PCL和PCL/QCSP20 纳米纤维膜的FT-IR光谱;(d)纯PCL和PCL/QCSP纳米纤维在低倍率(5000×)下的SEM图像;(e)高倍(20000×)纯PCL和PCL/QCSP纳米纤维的SEM图像;(f)纯PCL和PCL/QCSP纳米纤维的直径分布图。

论文链接： https://sci-hub.st/10.1016/j.cej.2019.123464#

   3. 手持式静电纺纱机原位生产的聚吡咯烷酮-板黄根抗菌创面敷料的性能  

抗菌敷料对于预防和管理伤口感染越来越重要，特别是考虑到对传统耐药抗生素的担忧。手持式静电纺丝装置为抗菌敷料在伤口上的快速应用提供了机会，但纺丝配方需要与生物活性表面兼容。作者报道了一种与手持式静电纺丝兼容的新型抗菌制剂的开发，以及其直接在伤口部位制造。以含有板蓝根的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为原料制备纳米纤维敷料垫，板蓝根是一种常用的治疗感染性疾病的中药。制备的PVP/板蓝根伤口敷料具有明确的纤维结构和良好的表面润湿性和渗透性。板蓝根对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌具有抑菌活性。此外，在昆明小鼠皮肤损伤模型中，直接静电纺丝PVP/板蓝根配方可使创面在11天后几乎完全闭合，并在组织学上修复表皮。

图3 PVP和PVP/板蓝根敷料垫对昆明小鼠创面的影响。 (a)从左到右:未处理伤口控制，100% PVP控制;PVP/板蓝根(10% wt%)敷料；(b)受伤后11天伤口闭合；(c)损伤后11天，HE染色组织图像。

以昆明小鼠模型为例，观察PVP/板蓝根(10 wt%)敷料垫原位沉积于预先制备的创面部位的伤口愈合性能，如图3所示。在此过程中，不涉及手工操作敷料或接触创面，直接使用手持静电纺纱器沉积纤维以提供保护覆盖层(图3a)。纤维以这种方式逐层快速沉积，以生产无纺布敷料，也可能导致与伤口有良好的一致性。结果100% PVP样本和未经处理的伤口对照与PVP/板蓝根织物样本一起评估。对于100% PVP和PVP/isatis (10% wt)样本，用于伤口部位的应用时间是相同的，以确保可比的面积密度。治疗后11 天观察各组创面外观及组织学变化。从图3b中可以明显看出，与100% PVP和未处理对照组相比，PVP/板蓝根敷料损伤11天后皮肤伤口的闭合速度最快，几乎完全闭合。使用H&E染色进行的组织学分析 (图3c)显示，PVP/板蓝根敷料中表皮几乎完整，而未处理组和100% PVP对照组的表皮层有些碎片。100% PVP样本的表皮修复程度介于未处理对照组和PVP/板蓝根敷料之间。根据伤口闭合和组织学研究，看起来在敷料中添加板蓝根到PVP纤维有利于伤口愈合。

论文链接： https://sci-hub.st/10.1016/j.colsurfb.2019.110766#

  4. 纳米氧化铈静电纺聚(3-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯)膜在糖尿病创面愈合中的应用  

细胞增殖不足、细胞迁移和血管生成是慢性糖尿病创面不愈合的主要原因。氧化铈纳米颗粒(nCeO(2))在伤口敷料中掺入是一种很有希望促进糖尿病创面血管生成和愈合的方法。本文报道了一种新型含静电纺聚3-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯(PHBV)膜用于糖尿病创面愈合的进展。通过体外细胞黏附实验、鸡胚血管生成实验和体内糖尿病创面愈合实验来评估发育膜的细胞增殖、血管生成和创面愈合潜力。实验结果表明，含PHBV膜的nCeO(2)用作创面敷料时，可促进细胞增殖和粘附。当nCeO(2)含量低于1% w/w时，人乳腺上皮细胞(HMEC)与PHBV的单个纤维平行粘附。当nCeO(2)含量高于1% w/w时，细胞开始变平并向纤维上扩散。在卵中血管生成实验显示nCeO(2)结合PHBV膜增强血管形成的能力。在糖尿病大鼠的体内伤口愈合研究证实了nCeO(2)结合PHBV膜的伤口愈合潜力。该研究表明，nCeO(2)结合PHBV膜有很强的潜力用于创面敷料，以增强细胞增殖和血管化，并促进糖尿病创面愈合。图4 裸露PHBV膜和PHBV/nCeO2-1膜处理的伤口的代表性图片显示了15天的研究中全层切除伤口的愈合情况(A)，伤口收缩率(B)和愈合伤口的组织学分析(C)。

论文链接： https://sci-hub.st/10.1021/acsbiomaterials.8b01352#

  5. 由玉米蛋白和丁香精油组成的原位静电纺丝创面愈合膜的研究  

静电纺丝纤维膜有望成为促进创面愈合的有效创面敷料。然而，常见的静电纺丝创面纤维敷料的制作和应用往往是复杂和分离的。在本文中，静电纺丝玉米蛋白/丁香精油(CEO)纤维膜通过静电纺丝装置被制备出来并被应用为潜在的伤口敷料。原位静电纺丝工艺可以将玉米蛋白/CEO膜直接静电纺丝到创面上，使创面覆盖良好，提高使用的方便性和舒适性。在168.2 +/- 43.3 mm s(-1)处具有较高的透气性，对伤口渗出物具有超亲水性，具有良好的生物相容性和抗菌作用，可防止感染。此外，小鼠创面模型研究表明，原位静电纺丝玉米蛋白/CEO可促进创面愈合过程。

图5 原位静电纺zein/PEO/CEO纤维膜在昆明小鼠创面模型上的应用。a)未处理创面为空白组；b)原位静电纺zein/PEO纤维网为对照组；c)原位静电纺zein/PEO/CEO纤维膜为研究组；a1-c1)分别观察不同组损伤后11天皮肤创面愈合情况。

损伤后11天观察各组创面外观，见图5a1-c1)。我们发现11天后，皮肤创面呈现自然愈合过程，没有敷料，但本例仍有未闭合的创面(图5a1)。用静电纺丝zein/PEO创面敷料原位敷在创面上效果较好，但仍有少量未闭合创面。对于原位静电纺zein/PEO/ CEO抗菌创面敷料，如图5c1所示，创面愈合情况优于其他两种处理，创面几乎完全闭合。对原地静电纺zein/ PEO/CEO创面敷料的平行处理方法进行比较表明，作为一种潜在的创面敷料，它具有良好的创面愈合效果。

论文链接： https://sci-hub.st/10.1002/mame.201900790#

  6. 用于皮肤伤口敷料的聚氨酯/氧化石墨烯静电纺丝及其体外表征的研究  

静电纺丝聚氨酯作为皮肤创面敷料用于保护皮肤创面不受感染从而促进创面愈合，但由于其不完善的生物相容性、机械性能和抗菌性能而受到限制。本文研究了在静电纺丝聚氨酯中加入氧化石墨烯以改善其性能，并对其进行了体外表征。聚氨酯/氧化石墨烯缠绕敷料静电纺丝，加入不同数量的氧化石墨烯(从0.0%到2.0%);并进行体外实验，从结构、力学和生物学角度表征创面敷料的性能和性能。利用扫描电镜和傅里叶变换红外光谱技术证实了氧化石墨烯颗粒与聚氨酯纤维之间的相互作用，扫描电镜图像进一步表明，创面敷料为多孔结构，纤维直径取决于氧化石墨烯添加量;具体来说，复合聚氨酯/氧化石墨烯纤维的波长为20至180nm，纯聚氨酯的波长为600至900nm。我们的研究结果还表明，聚氨酯/氧化石墨烯复合材料中的氧化石墨烯添加量可以调节创面敷料的亲水性和溶胀性。研究了复合聚氨酯/氧化石墨烯缠绕敷料的机械、抗菌和细胞毒性性能，结果表明，氧化石墨烯的添加可以改善静电纺丝缠绕敷料的性能。综上所述，我们的研究表明，静电纺丝聚氨酯/氧化石墨烯复合材料作为皮肤创面敷料是有前景的。

图6 静电纺丝抗菌PU/GO创面敷料示意图

论文链接： https://sci-hub.st/10.1177/0885328220916866#

7. 生物微图案静电纺丝制备的非对称可湿性复合创面敷料可促进糖尿病创面愈合

非对称润湿性表面的创面敷料可以有效防止细菌定植和组织脱水，并在糖尿病创面愈合方面显示出巨大的应用潜力。然而，构建具有高生物相容性和渗透性的高疏水外表面仍然是制备不对称可湿性敷料的主要挑战。受自然界存在的超疏水表面结构的启发，本研究成功制备了一种具有高度疏水外层的非对称可湿性复合创面敷料用于糖尿病创面愈合。将聚己内酯(PCL)静电纺丝法制备成疏水外层，将吡格列酮掺杂明胶(Gel-pio)静电纺丝法制备成亲水内层。具有分层微纳米结构的敷料疏水外层表现出优异的防水和防止细菌粘附的能力，而亲水内层则通过其纳米纤维结构和生物兼容的明胶组合物促进细胞增殖、迁移和血管生成。该制剂具有良好的机械性能、渗透性和高的生物相容性。更重要的是，对db/db小鼠(2型糖尿病)和STZ大鼠(1型糖尿病)的全层皮肤创面模型评价结果表明，所研制的敷料可通过刺激细胞增殖、血管生成、胶原沉积、再上皮化等促进创面愈合。本研究结果表明，生物启发的非对称可湿性复合创面敷料可作为一种很有前景的糖尿病创面愈合候选材料。

图7 非对称可湿性复合创面敷料制备示意图。(A)采用生物激发微图案连续静电纺丝制备非对称可湿性敷料，它具有高度疏水性的微图纹PCL外层和亲水性交联明胶内层，敷料可促进1型和2型糖尿病小鼠的创面愈合；(B) genipin交联反应的机理；(C)非对称可湿性敷料可防止细菌定植，并可控释吡格列酮，促进糖尿病创面愈合。

论文链接： https://sci-hub.st/10.1021/acsabm.0c00695#

  8.医用天然生物材料的静电纺丝研究进展综述  

静电纺丝是一种制备聚合物纳米纤维的有效方法。近年来，各种聚合物已成功地静电纺成超细纤维。这些静电纺生物聚合物纳米纤维由于其独特的性能，在伤口敷料方面具有潜在的应用前景。本文就静电纺生物高分子纳米纤维的加工、结构与性能、表征及应用等方面的研究进展作一综述。本文综述了超细纤维静电纺丝中这些高分子材料的研究进展及其加工条件。重点讨论了静电纺天然生物高分子纤维在创面敷料中的应用。本文还讨论了其他有关技术限制、研究挑战和未来趋势的问题。 论文链接： https://sci-hub.st/10.1155/2020/8719859

  9. 静电纺丝聚乙烯吡啶酮-明胶-醋酸纤维素双层支架载庆大霉素作为伤口敷料的研究  

使用创面敷料可以加速伤口愈合。通过静电纺丝技术，制备了两层聚合物支架:第一层为明胶、聚乙烯吡咯烷酮和庆大霉素，第二层为醋酸纤维素。对静电纺丝工艺的条件进行了标准化，包括电压参数、进料流量和喷丝器到收丝器的距离。一旦静电纺丝的主要变量的值被优化，建立一个3小时的处理时间，使材料从收集器分离。通过扫描电镜、傅里叶变换红外光谱和热分析对所得材料进行了表征;通过接触角测定评价润湿性，采用Kirby-Bauer试验评价对铜绿假单胞菌和金黄色葡萄球菌的抗菌活性。形成双层支架的纤维直径为100 ~ 300 nm。该支架具有化学成分、热稳定性、润湿性和抗菌活性，符合本研究的建议，这是基于获得一种可以用作药物输送载体和伤口敷料的支架。

图9 由于不同处理的存在，细菌培养物中观察到的抑制晕。(a)不含庆大霉素的支架样品为阴性对照；(b)支架样品培养和(c)庆大霉素片为阳性对照。

论文链接： https://sci-hub.st/10.3390/polym12102311

  10. 多功能壳聚糖/聚己内酯纳米纤维支架具有不同的双药物释放用于伤口愈合的应用  

电纺创面敷料具有止血、抗菌、药物释放、治疗等多种功能，在军民创伤医疗中具有重要的应用价值。在此，作者设计了含有盐酸利多卡因(LID)和莫匹罗星的壳聚糖/聚己内酯(CSLD-PCLM)复合功能的创面敷料支架。通过双吐丝器静电纺丝技术，支架实现了纳米纤维结构，增强了支架与血细胞的界面相互作用，并表现出优良的凝血能力。特别的是，负载LID和莫匹罗星的支架表现为快速释放LID和持续释放莫匹罗星。含有莫匹罗星的CSLD-PCLM支架具有出色的抗菌活性。此外，在全层皮肤缺损模型中，该支架可显著促进创面愈合过程，完全再生上皮和胶原沉积。因此，CSLD-PCLM纳米纤维支架可能很好地满足各种伤口愈合过程的要求，是未来临床应用创面敷料的理想候选材料。

图10 CSLD-PCLM纳米纤维支架在全层皮肤缺损模型中的创面愈合效果。(a)照片显示使用医用纱布(对照)和CSLD、PCLM和CSLD-PCLM纳米纤维支架治疗后第7天和第14天大鼠背部全层创面和创面大小；(b)每次治疗的伤口关闭超过14天；(c)治疗后不同时间点创面收缩(%)，* p <0.05, * * p<0.01。

论文链接： https://sci-hub.st/10.1021/acsbiomaterials.0c00674

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