劉延波 孫健 趙雪菲 馬素梅

(1.天津工業(yè)大學(xué)紡織學(xué)院，天津，300387; 2.天津工業(yè)大學(xué)先進紡織復(fù)合材料教育部重點實驗室，天津，300387)

靜電紡纖維在生物醫(yī)藥應(yīng)用領(lǐng)域的研究進展*

劉延波1，2孫健1趙雪菲1馬素梅1

(1.天津工業(yè)大學(xué)紡織學(xué)院，天津，300387; 2.天津工業(yè)大學(xué)先進紡織復(fù)合材料教育部重點實驗室，天津，300387)

隨著人們對納米纖維材料特殊性能和高度適應(yīng)性認(rèn)識的不斷提高，越來越多的研究在關(guān)注納米纖維的制備方法。其中，靜電紡絲技術(shù)是一種操作簡單、原料適應(yīng)性廣且易于實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)的紡絲方法。靜電紡納米纖維具有較高的比表面積及孔隙率，在生物醫(yī)藥領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。介紹生物醫(yī)藥應(yīng)用領(lǐng)域靜電紡纖維的研究狀況，著重闡述靜電紡技術(shù)在組織工程支架、藥物控釋、創(chuàng)傷敷料、生物酶固定化、生物傳感器及醫(yī)學(xué)診斷應(yīng)用等方面的最新研究進展。

靜電紡，生物醫(yī)藥，組織工程支架，藥物控釋，酶固定，生物傳感器

近幾十年，隨著人們對納米結(jié)構(gòu)材料特殊性能和高度適應(yīng)性認(rèn)識的不斷提高，越來越多的研究投向了納米材料，并發(fā)展了很多制備納米結(jié)構(gòu)的應(yīng)用技術(shù)。其中，靜電紡絲技術(shù)是紡制連續(xù)超細纖維最為簡單有效的一種方法，且適用于比較廣泛的原料［1］。靜電紡絲技術(shù)是利用電場力紡制超細纖維的一種便捷方法，原料可選擇多種天然與合成聚合物。典型的靜電紡設(shè)備(圖1)包括帶有毛細針頭的聚合物注射泵、高壓電源和接收裝置。其工作原理:在毛細針頭處施加高壓，當(dāng)電場力增加到某一數(shù)值時，懸垂液珠開始變得不穩(wěn)定并逐漸形成液錐(通常稱“泰勒錐”);繼續(xù)增加電場力直至克服溶液或熔體表面張力，液珠在泰勒錐頂端形成帶電聚合物射流;然后射流經(jīng)鞭動和牽伸變得更長更細，溶劑也在此過程中逐漸揮發(fā)，纖維射流固化;最后纖維收集于接收裝置之上。

圖1 靜電紡設(shè)備模型

由靜電紡絲技術(shù)紡制的纖維直徑范圍可從幾十納米到幾微米，而這對于傳統(tǒng)技術(shù)來說很難實現(xiàn)。較小的單纖維尺寸使纖維具有了較高的比表面積，且靜電紡設(shè)備構(gòu)成較為簡單，易于實現(xiàn)對影響單根纖維尺寸形狀及成網(wǎng)孔隙相關(guān)參數(shù)的各過程因素(如電壓、接收距離等)的調(diào)整［2］。另外，為獲得設(shè)計所需的性能和功效，纖維基質(zhì)的化學(xué)成分也易于選擇和替換，可以輕松地紡制出生物相容性纖維，還可以通過混合和表面功能化處理使纖維性能多樣化［3］。靜電紡絲技術(shù)有著諸多的特點、優(yōu)點，當(dāng)之無愧地成為了最便捷的納米纖維紡制技術(shù)，并在生物醫(yī)藥領(lǐng)域得到了越來越多的關(guān)注。

將靜電紡絲技術(shù)制得的超細纖維作為組織支架基底，可為所培養(yǎng)的細胞提供較適宜的吸附、繁殖和分化環(huán)境，有利于組織增生。而當(dāng)作為創(chuàng)傷敷料使用時，可實現(xiàn)與多種治療藥物的結(jié)合，如特定藥品、抗生素、蛋白質(zhì)等能很容易地嵌入靜電紡纖維基底中［4］。組織支架與創(chuàng)傷敷料相比，前者是將靜電紡纖維作為組織再生的基底，而后者是作為治療藥物的釋放平臺。靜電紡纖維具有較大的比表面積，能非常容易地實現(xiàn)酶類及其他生物催化劑的固定化。另外，靜電紡纖維膜具有很高的孔隙率，且孔洞內(nèi)連通性較好，這些都有利于固定酶和催化劑維持較高的存活率［5］。

本文著重介紹靜電紡絲技術(shù)在組織工程支架、藥物控釋、創(chuàng)傷敷料、生物酶固定化、生物傳感器及醫(yī)學(xué)診斷應(yīng)用等方面的最新研究進展。

1 組織工程支架

一些人體組織在受到損傷后難以再生，如創(chuàng)傷情況嚴(yán)重時，患者則需依靠替代物或移植物來達到組織功能的重建［6］，［7］229。因此，理想的支架需滿足以下要求:

——較好的生物相容性;

——足夠的機械強度;

——較適宜的孔隙結(jié)構(gòu)，以便于細胞的內(nèi)生長，以及運輸營養(yǎng)素、氧氣、生長因子和代謝產(chǎn)物等［8］。

從生物體結(jié)構(gòu)角度來看，大多數(shù)生物體組織都由相互交織的蛋白纖維構(gòu)成［7］229。靜電紡納米纖維的纏結(jié)結(jié)構(gòu)具有類似的特點，且表面積巨大，由其制備的組織支架可為細胞生長提供有益的支撐，并能起到很好的引導(dǎo)作用［9］。近年來已有很多研究小組采用靜電紡纖維模擬組織工程支架，如骨組織［10］462、軟骨［11］、肌腱［12］、神經(jīng)［13］、血管［14］和皮膚支架［15］等。

現(xiàn)有研究表明，靜電紡纖維孔隙率較高，這有利于細胞的接種、黏附、增殖、分化，以及最終形成組織。Murphy等［10］464研究了支架孔徑尺寸對骨細胞吸附、增殖和遷移的影響，其研究結(jié)果顯示，小孔徑支架具有較大表面積，有利于初始階段細胞的黏附，而大孔徑支架能成功地促進細胞的遷移生長，大大降低細胞的聚集程度。因此，找出大孔徑支架的制備方法勢在必行。Phipps等［16］530對比分析了三種擴大聚己內(nèi)酯/膠原蛋白/羥基磷灰石(PCL/col/HA)骨組織工程支架孔徑尺寸的方法，并認(rèn)為在靜電紡絲過程中加入聚環(huán)氧乙烷(PEO)這一可去除性纖維，可有效提高所紡制支架的孔徑尺寸。此外，除了形態(tài)結(jié)構(gòu)，組成成分對人工支架也至關(guān)重要，生物相容性和力學(xué)性能就是其中兩個重點。近來已開展許多制備含有機－無機成分的靜電紡纖維支架的研究工作。羥基磷灰石(HA)作為骨組織的主要無機成分受到了廣泛關(guān)注［16］531，它能在一定范圍內(nèi)增強支架的機械強度。Prabhakaran等［17］制備出聚乳酸/羥基磷灰石(PLA/HA)和聚乳酸/膠原蛋白/羥基磷灰石(PLA/col/HA)成分的骨組織工程支架。Li等［18］也制備出了不同結(jié)構(gòu)形態(tài)的聚乳酸(PLA)和聚乳酸/羥基磷灰石(PLA/HA)成分的組織工程支架，提高了人類初生造骨細胞的增殖速度，并對骨修復(fù)具有一定的作用。

在血管組織工程應(yīng)用中，一般需要接種特定細胞或是將細胞封裝于可降解合成材料支架內(nèi)，誘生細胞外基質(zhì)。人體內(nèi)血管組織分三層，每一層吸附不同的細胞。因此，為更好地模擬血管組織、實現(xiàn)不同細胞的吸附要求，需制備多層結(jié)構(gòu)的支架。Vaz等［19］利用配有圓輥接收器的多層靜電紡裝置制備出雙層聚乳酸/聚己內(nèi)酯(PLA/PCL)管狀支架(圖2)。細胞測試結(jié)果(圖3)顯示，該支架可以有效提高細胞的黏附、增殖、分化，促進細胞遷移生長。

圖2 雙層PLA/PCL管狀支架的SEM圖

圖3 培養(yǎng)鼠成纖細胞的雙層PLA/PCL管狀支架的SEM圖

Yuan等［20－21］采用壓力誘導(dǎo)滾卷電紡膜法(圖4)制備出三維多層管狀結(jié)構(gòu)支架，其可更好地模擬實現(xiàn)人體血管的功能。研究人員將三種不同的細胞置于二維膜的不同位置，再將覆有細胞的膜滾卷成三維管狀，這樣三種細胞就呈由內(nèi)到外的三層分布狀態(tài)，更接近不同細胞在血管組織中真實的分布狀態(tài)，這在血管組織工程支架應(yīng)用方面具有極大的潛力。

圖4 壓力誘導(dǎo)滾卷電紡膜法制備三維多層管狀結(jié)構(gòu)支架

在臨床應(yīng)用中，支架的縫合強度也是一個亟待解決的難題。而為了解決這一難題，需制備出無縫支架。Pabittei等［22］在靜電紡過程中引入焊接技術(shù)，制備出無縫靜電紡聚己內(nèi)酯(PCL)纖維支架，在一定程度上改善了管狀支架的縫合強度。Bergmeister等［23］采用靜電紡技術(shù)紡制出高孔隙率、大孔徑孔洞且細胞吸附性能得到優(yōu)化設(shè)計的血管支架，證明了在保證血管有效生物力學(xué)性能的同時，可實現(xiàn)提高靜電紡血管孔徑與孔隙率。He等［24］采用靜電紡技術(shù)紡制出新型小口徑聚氨酯(PU)人造血管(圖5)，通過調(diào)整條件參數(shù)使血管移植物支架的纖維排布(圖6)、力學(xué)性能及生物相容性得到了極大優(yōu)化。

圖5 PU人造血管實物

圖6 不同速度接收滾筒紡制的PU血管S EM圖

Mckenna等［25］致力于開發(fā)重組人體彈性蛋白靜電紡血管，以改善移植過程中的有害免疫反應(yīng)和原料供應(yīng)等問題。試驗表明，內(nèi)皮細胞可以吸附并存活于該類支架上，且支架的機械性能與生物提取蛋白所制支架相近，可作為臨床應(yīng)用中的替代品。但研究人員也提到，單獨使用彈性蛋白制備的支架，其力學(xué)性能尚不足以應(yīng)對血管移植過程中的要求。

2 藥物控釋

用于藥物控釋的納米結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在醫(yī)藥領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，如部分腫瘤治療、呼吸及疼痛治療等［26］。利用非等軸納米結(jié)構(gòu)如納米棒、納米管和納米纖維等進行藥物輸送及釋放的前景十分廣闊。

在靜電紡絲液中加入藥物后，可直接紡制出該類非等軸藥物載體［27］。由于在聚合物原料中加入了小分子藥物，故能成功地將藥物載入纖維，且加工過程中，加載的高壓電對藥物活性幾乎無影響。靜電紡納米材料比表面積大，溶劑揮發(fā)快速、高效，能較好地保持所載藥物的活性，且其再結(jié)晶時間有限。能以這種方法加入纖維中的小分子藥物包括親脂性藥物布洛芬、紫杉醇、伊曲康唑等。

另一種是很多研究常采用的同軸靜電紡方法［28］。Kiatyongchai等［29］研究人員采用同軸靜電紡技術(shù)，將模擬藥物封裝于醋酸纖維素和明膠混合成分的超細纖維芯層中，在pH值為1.2的含有胃蛋白酶人工胃液中測試所封裝阿莫西林的釋放特性，結(jié)果顯示其釋放過程遵循菲克擴散定律，釋放半衰期約為5 h，沒有觀察到突釋現(xiàn)象，且在人工胃液中放置24 h后纖維仍保持完整，該法適用于在胃腸道內(nèi)穩(wěn)定釋放藥物。Li等［30］報道了一種新型載藥芯殼納米纖維，可對槲皮黃酮釋放進行雙相(即固液兩相)調(diào)節(jié)。該納米纖維由改進的采用聚氯乙烯(PVC)包覆的同軸噴嘴靜電紡設(shè)備(圖7)制得，芯殼層原料分別為乙基纖維素(EC)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)。SEM圖顯示該納米纖維具有直線形態(tài)及芯殼結(jié)構(gòu)，利用X射線衍射發(fā)現(xiàn)槲皮黃酮在納米纖維中以非結(jié)晶態(tài)存在。體外溶解釋放試驗結(jié)果(圖8)顯示，PVP殼層迅速將所載藥物釋放到測試溶液中，而EC芯層則在隨后緩慢釋放藥物，后者符合菲克擴散定律，這樣通過在殼層和芯層加載不同種類的藥物可實現(xiàn)雙相釋放調(diào)節(jié)。

圖7 新型載藥芯殼納米纖維的紡制

圖8 體外藥物釋放測試

3 創(chuàng)傷敷料

理想的創(chuàng)傷敷料應(yīng)能隔離多余的滲出液，并能以合適的速率轉(zhuǎn)移水氣，利于空氣流動，與創(chuàng)面輪廓貼合(即與健康組織有較好的貼合且不會緊貼創(chuàng)傷組織)［31］1251。

近來有許多關(guān)于兼具生物降解性和相容性的纖維類創(chuàng)傷敷料的報道［32］。其中，納米纖維因其結(jié)構(gòu)具有高比表面積，藥物釋放高效，纖維的吸濕性、柔韌性和滲透性都有利于細胞的吸附，以及可促進創(chuàng)面愈合的細胞轉(zhuǎn)移及增殖，故可暫時替代天然細胞外基質(zhì)，還可作為抗菌藥物和其他生長因子的載體［33］885。

Unnithan等［33］889醋酸纖維素(CA)和玉米蛋白物理混合，制備出纖維直徑為400～700 nm的抗菌靜電紡納米纖維敷料。其中，聚氨酯為基礎(chǔ)聚合物，混合醋酸纖維素和玉米蛋白用于改善敷料的親水性、細胞的吸附增殖及血液的凝結(jié)能力。此外，為避免常見的臨床感染發(fā)生，研究人員還將抗菌劑硫酸鏈霉素混入靜電紡纖維中，測試了加入該抗菌劑后纖維對革蘭氏陰性和革蘭氏陽性細菌的抗菌性。該研究還測試分析了成纖維細胞(fibroblast，其為疏松結(jié)締組織的主要細胞成分)與聚氨酯/醋酸纖維素、聚氨酯/醋酸纖維素/玉米蛋白抗菌劑復(fù)合納米纖維敷料之間相互作用的效果，包括細胞存活、增殖和吸附等。且研究發(fā)現(xiàn)，與聚氨酯納米纖維敷料相比，復(fù)合敷料的血液凝結(jié)能力更出色，醋酸纖維素和玉米蛋白極大地提高了纖維敷料的親水性與生物活性，為傷口愈合提供了一個濕潤的環(huán)境。

Sofokleous等［34］利用靜電紡絲法成功制備了新型可生物降解且生物相容性好的纖維型載藥聚乳酸－羥基乙酸共聚物(P LGA)敷料，所載抗菌藥物阿莫西林可在體外以可控的方式穩(wěn)定釋放21 d。藥物釋放初期有突釋現(xiàn)象，而聚合物的降解、擴散也會促進阿莫西林藥物從PLGA敷料中的釋放，但整體上藥物從敷料中的釋放過程較穩(wěn)定。PLGA敷料為阿莫西林藥物提供了最初期的保護，但隨時間的推移，接觸藥物的媒介聚合物水解會引起藥物釋放，因此，可在釋放媒介中檢測到阿莫西林降解物。圖9顯示了PLGA敷料對阿莫西林藥物釋放的成功控制，其在磷酸鹽緩沖鹽水及模擬人體體液中的藥物穩(wěn)定性和生物活性延長到21 d以上。傅里葉變換紅外光譜也顯示，生產(chǎn)敷料產(chǎn)品的靜電紡過程對阿莫西林藥物的化學(xué)結(jié)構(gòu)無影響，這保證了藥物的藥理學(xué)及抗菌性能。

圖9 靜電紡纖維型載藥P LGA敷料在不同液體中浸泡2 1 d后的SEM圖

4 生物酶固定化

酶是一種具有較高效率和選擇性的生物催化劑，但較差的穩(wěn)定性制約了酶的實際應(yīng)用［35］9349，［36］。因此，在生物催化劑的應(yīng)用中，酶的固定化十分重要，而固定化酶的性能又在很大程度上受載體材料結(jié)構(gòu)的影響［37］。纖維，特別是靜電紡納米纖維，由于具有相當(dāng)大的特殊化的表面積，現(xiàn)已逐漸成為生物催化劑固定化應(yīng)用中具有良好發(fā)展前景的一種載體材料。

將靜電紡納米纖維作為生物催化劑固定化載體的方法主要有兩種［35］9349:表面吸附和封裝。在表面吸附方法中，生物催化劑(特別是各類酶)與靜電紡納米纖維表面以共價鍵聯(lián)接，這在一定程度上限制了生物催化劑的承載量，且在與疏水性靜電紡納米纖維表面接觸時還需進行改性，以提高它們的生物相容性。相比之下，將生物催化劑封裝于納米纖維之中，可以通過與水溶性、生物相容性較好的聚合物如聚乙烯醇(PVA)等混合，然后經(jīng)靜電紡絲加工，再與聚合物交聯(lián)而制得。交聯(lián)過程有利于提高生物催化劑的承載量［38］。

Canbolat等［35］9350利用靜電紡和化學(xué)交聯(lián)方法，在PVA納米纖維上固定化表面顯有增強型綠熒光蛋白質(zhì)的工程化酵母菌。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，增強型綠熒光蛋白質(zhì)能夠以正確的構(gòu)象顯現(xiàn)，酵母菌細胞能在靜電紡和化學(xué)交聯(lián)過程中很好地存活下來。這一加工功能化酵母菌的過程為在靜電紡納米纖維上直接固定折疊鏈段活性酶提供了一種方法。

Xu等［39］采用全新的方法將漆酶固定于靜電紡聚丙烯腈(PAN)納米纖維表面，每克纖維的漆酶承載量可以達到220 mg。固定化的漆酶可保持自由酶活性的72%，這相比于自由酶，固定化漆酶的使用令儲存穩(wěn)定性有了顯著提高。Ji等［40］應(yīng)用同軸靜電紡方法制備出了一種可進行多步反應(yīng)并具有高效輔酶再生過程的人工細胞，其以新型中空納米纖維為基質(zhì)。該細胞現(xiàn)已成功應(yīng)用于膽汁酸的測定，其對濃度范圍為0～200μmol/L的膽汁酸表現(xiàn)出良好的線性關(guān)系。與溶液基多酶系統(tǒng)相比，靜電紡中空納米纖維基多酶系統(tǒng)表現(xiàn)出了更集中的活性恢復(fù)能力，且恢復(fù)率高達75%。該法有望改善并拓寬多酶系統(tǒng)在工業(yè)、生物傳感器、生物醫(yī)藥及諸多其他相關(guān)研究領(lǐng)域的應(yīng)用。

5 生物傳感器及醫(yī)學(xué)診斷應(yīng)用

檢測分析用設(shè)備通常由敏感生物分子、檢測器和信號處理器組成［31］1247?；诿鸽姌O的電化學(xué)生物傳感器在生物化學(xué)分析、臨床診斷和環(huán)境監(jiān)測等方面具有相當(dāng)大的應(yīng)用潛力［41］9319。在制備酶生物傳感器的過程中，人們較關(guān)注納米材料的形態(tài)和結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。而生物傳感器成功運行的關(guān)鍵在于能否將酶物質(zhì)有效地固定于電極之上。表面積大的靜電紡纖維膜具備用于敏感檢測的潛能，人們正越來越多地關(guān)注其在生物傳感器方面的應(yīng)用。

Zhao等［41］9321通過靜電紡制得一維中等孔徑氧化鋅納米纖維，并經(jīng)退火處理后，參與組建了多孔三維立體框架。在生物傳感器的制備過程中，以納米結(jié)構(gòu)為基質(zhì)，將三維氧化鋅框架直接在材質(zhì)為金的電極上成形，并與辣根過氧化物酶(HRP)組裝，形成酶化過氧化氫生物傳感器(圖10)。且研究發(fā)現(xiàn)，該法制備的生物傳感器具有非常高的敏感度，反應(yīng)速度較快，且穩(wěn)定性良好。這些卓越的性能一方面源于一維中等孔徑結(jié)構(gòu)能有效組裝酶，另一方面源于多孔三維空間框架有利于電極連通及反應(yīng)物的迅速交換。多孔三維氧化鋅框架為優(yōu)質(zhì)電化學(xué)生物傳感器中組裝蛋白質(zhì)的制作開辟了新路徑。

圖10 多孔三維氧化鋅固定HRP前后對比

Wang等［42］應(yīng)用靜電紡技術(shù)再經(jīng)脫乙酰處理，制得兩種高敏感度、高選擇性的基于摻雜有二羥蒽醌納米纖維膜的固態(tài)熒光傳感器材料雛形，且都具有較好的生物安全性和相容性，分別適于檢測Cu2+和Cr3+，可實時對諸如受污染湖水等環(huán)境中的重金屬進行快速檢測。

生物醫(yī)學(xué)診斷的一種分類方式是基于某種特定的免疫反應(yīng)，而免疫測定的第一步就是將待測樣品(抗體/抗原)固定在固體基底上。靜電紡纖維可以封裝不同種類的蛋白質(zhì)和酶類，用于識別一些生物醫(yī)藥分子，從而用作醫(yī)學(xué)診斷傳感器。近來，氣體傳感應(yīng)用領(lǐng)域?qū)θ趸u(WO3)關(guān)注較多，靜電紡纖維被認(rèn)為是對NO2、H2S、丙酮［43］等氣體檢測應(yīng)用中最具潛力的材料。如，對人體呼出的丙酮氣體進行快速、靈敏、準(zhǔn)確的分析是糖尿病無創(chuàng)傷診斷的關(guān)鍵技術(shù)。Bai等［44］以無水鎢酸和硝酸銅為前驅(qū)體，采用靜電紡技術(shù)合成具有不同結(jié)構(gòu)相摻雜銅的WO3中空納米纖維，成形過程如圖11所示。該纖維在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.002%的丙酮中快速反應(yīng)及恢復(fù)時間分別為5和20 s，大比表面積、連接結(jié)構(gòu)及三斜晶構(gòu)象為氧吸附提供了便利，加強了丙酮與WO3相互作用的強度。

圖11 三氧化鎢中空纖維結(jié)構(gòu)形成圖

Zhou等［45］，［46］889將銥摻雜聚苯乙烯靜電紡纖維用于葡萄糖檢測用光學(xué)傳感器;Wang等［46］900還利用聚氨酯靜電紡多孔纖維作為外殼制得了可植入型葡萄糖傳感器。靜電紡納米纖維使得生物醫(yī)學(xué)診斷變得更加靈敏且信噪比更高，但其自身也存在一些不可避免的缺陷，如較低的通過率和相對較弱的機械強度，這些會妨礙靜電紡納米纖維更廣泛的應(yīng)用?？赏ㄟ^與其他技術(shù)相融合，如微流體技術(shù)，用于多元測試分析［47－49］。Li u等［50］將靜電紡聚合物納米纖維膜壓夾于生物檢測用微流體裝置中的微流體通道內(nèi)用于輔助檢測，結(jié)果表明，加入電紡膜可使其對人類免疫缺陷病毒(HIV)的測試靈敏度更高。

除了蛋白質(zhì)、酶類和一些小生物分子外，經(jīng)處理的靜電紡膜還可用于癌細胞的檢測，特別是針對循環(huán)腫瘤細胞(CTC)。Zhang等［51］將TiO2納米纖維放置于Si基底之上，并涂覆用于捕獲CTC的抗體，所得捕捉平臺相較于平滑的Si基底墊，細胞捕捉率更高，這得歸功于水平放置的靜電紡納米纖維與細胞外基質(zhì)支架之間增強形態(tài)的相互作用。且在他們的后續(xù)研究中［52－53］，使用透明PLGA納米纖維基底替代Si基底，有利于應(yīng)用激光微解剖設(shè)備進行單個癌細胞的分離和檢測。另外，在PLGA納米纖維上覆蓋一層聚二甲硅氧烷(PDMS)雜亂層，能加強細胞與基底的作用，進一步提高細胞的捕獲性能。

6 結(jié)語

靜電紡納米纖維具有較高比表面積和孔隙率，在生物醫(yī)藥領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。作為組織支架基底，其能夠為所培養(yǎng)的細胞提供較適宜的生長環(huán)境;作為創(chuàng)傷敷料，其可使藥物高效釋放;在生物酶固定化應(yīng)用中，其能保證生物酶和催化劑維持較高存活率，可用于醫(yī)學(xué)診斷的生物傳感器中，為多種疾病的診療發(fā)揮巨大作用……

當(dāng)前，隨著研究工作的不斷深入，靜電紡納米纖維的性能改善將會取得更大進步，其將會為人們的健康生活提供更廣泛、更好的服務(wù)。

［1］CARACCIOLO PC，TORNELLO PR C，BALLARIN F M，etal.Developmentof electrospun nanofibers for biomedical applications:State of the art in Latin America［J］.JBiomater Tiss Eng，2013，3(1):39－60.

［2］NIRMALA R，KALPANA D，NAVAMATHAVAN R，et al.Preparation and characterizations of silver incorporated polyurethane composite nanofibers via electrospinning for biomedical applications［J］.J Nanosci Nanotechno，2013，13(7):4686－4693.

［3］COSTA LM M，DEOLYVEIRA GM，CHERIAN BM，et al.Bionanocomposites from electrospun PVA/pineapple nanofibers/stryphnodendron adstringens bark extract formedical applications［J］.Ind Crop Prod，2013，41 (3):198－202.

［4］TONCHEVA A，SPASOVA M，PANEVA D，et al.Polylactide(PLA)-based electrospun fibrous materials containing ionic drugs as wound dressing materials:A review［J］.Int J Polym Mater Po，2014，63(13): 657－671.

［5］KUMAR P，GUPTA A，DHAKATE S R，et al.Covalent immobilization of xylanase produced from bacillus pumilus SV－85Son electrospun polymethylmethacrylate nanofibermembrane［J］.Biotechnol Appl Bioc，2013，60(2):162－169.

［6］LIUWanying，THOMOPOULOSS，XIA Yingna.Electrospun nanofibers for regenerative medicine［J］.Adv Healthc Mater，2012，1(1):10－25.

［7］WANG Xuefeng，DING Bin，LI Baiyun.Biomimetic electrospun nanofibrous structures for tissue engineering［J］.Materials Today，2013，16(6).

［8］HOLMES B，CASTRO N J，ZHANG Liangge，et al.Electrospun fibrous scaffolds for bone and cartilage tissue generation:Recent progress and future developments［J］.Tissue Eng Part B Reviews，2012，18(6): 478－486.

［9］ZHENGWenfang，ZHANGWu，JIANG Xiaoying.Biomimetic collagen nanofibrous materials for bone tissue engineering［J］.Adv Eng Mater，2010，12(9): 451－466.

［10］MURPHY C M，HAUGH M G，O'BRIEN F J.The effect ofmean pore size on cell attachment，proliferation in collagen-glycosaminoglycan scaffolds for bone tissue engineering［J］.Biomaterials，2010，31(3).

［11］ZHENG Ruan，DUAN Haicheng，XUE Jiaxin，et al.The influence of guelatin/PCL ratio and 3-D construct shape of electrospun membranes on cartilage regeneration［J］.Biomaterials，2014，35(1):152－164.

［12］BOSWORTH L A，ALAM N，WONG Jingku，etal.Investigation of 2D and 3D electrospun scaffolds intended for tendon repair［J］.JMater Sci-Mater M，2013，24 (6):1605－1614.

［13］XIE Jiawan，MACEWAN M R，LIU Weiyin，et al.Nerve guidance conduits based on double-layered scaffolds ofelectrospun nanofibers for repairing the peripheral nervous system［J］.ACSApplied Materials＆Interfaces，2014，6(12):9472－9480.

［14］HASAN A，MEMIC A，ANNABIN，et al.Electrospun scaffolds for tissue engineering of vascular grafts［J］.Acta Biomaterialia，2014，10(1):11－25.

［15］FRANCO R A，NGUYEN T H，LEE B T.Preparation and characterization of electrospun PCL/PLGA membranes and chitosan/gelatin hydrogels for skin bioengineering applications［J］.J Mater Sci-Mater M，2011，22(10):2207－2218.

［16］PHIPPSM C，CLEM W C，GRUNDA JM，et al.Increasing the pore sizes of bone-mimetic electrospun scaffolds comprised of polycaprolactone，collagen I and hydroxyapatite to enhance cell infiltration［J］.Biomaterials，2012，33(2).

［17］PRABHAKARAN M P，VENUGOPAL J，RAMAKRISHNA S.Electrospun nanostructured scaffolds for bone tissue engineering［J］.Acta Biomaterialia，2009，5(8):2884－2893.

［18］LIMingming，LIUWei，SUN Jianshu，et al.Culturing primary human osteoblasts on electrospun poly(lacticco-glycolic acid)and poly(lactic-co-glycolic acid)/nanohydroxyapatite scaffolds for bone tissue engineering［J］.ACS Applied Materials＆Interfaces，2013，13 (5):5921－5926.

［19］VAZ CM，VAN TUIJL S，BOUTEN C V C，et al.Design of scaffolds for blood vessel tissue engineering using a multi-layering electrospinning technique［J］.Acta Biomaterialia，2005，1(5):575－582.

［20］YUAN Bei，JIN Ying，SUN Yuan，et al.A strategy for depositing different types of cells in three dimensions to mimic tubular structures in tissues［J］.Adv Mater，2012，24(7):890－893.

［21］JIN Ying，WANG Naxing，YUAN Bei，et al.Stress-induced self-assembly of complex three dimensional structures by elastic membranes［J］.Small，2013，9(14): 2410－2414.

［22］PABITTEID R，HEGER M，BEEK JF，etal.Optimization of suture-free laser-assisted vessel repair by solder doped electrospun poly(epsilon-caprolactone)scaffold［J］.Ann Biomed Eng，2011，39(1):223－234.

［23］BERGMEISTER H，SCHREIBER C，GRASL C，et al.Healing characteristics of electrospun polyurethane grafts with various porosities［J］.Acta Biomaterialia，2013，9(4):6032－6040.

［24］HEWei，HU Zhenjiang，XU Anwei，et al.The preparation and performance of a new polyurethane vascular prosthesis［J］.Cell Biochemistry and Biophysics， 2013，66(3):855－866.

［25］MCKENNA K A，HINDS M T，SARAO R C，et al.Mechanical property characterization of electrospun recombinant human tropoelastin for vascular graft biomaterials［J］.Acta Biomaterialia，2012，8(1): 225－233.

［26］GOUDA M，HEBEISH A A，ALJAFARIA I.Synthesis and characterization of novel drug delivery system based on cellulose acetate electrospun nanofiber mats［J］.Journal of Industrial Textiles，2014，43(3):319－329.

［27］HAROOSH H J，DONG Yue，INGRAM G D.Synthesis，morphological structures and material characterization of electrospun PLA:PCL/magnetic nanoparticle composites for drug delivery［J］.JPolym Sci Pol Phys，2013，51(22):1607－1617.

［28］SOHRABIA，SHAIBANI P M，ETAYASH H，et al.Sustained drug release and antibacterial activity of ampicillin incorporated poly(methyl methacrylate)-nylon 6 core/shell nanofibers［J］.Polymer，2013，54(11): 2699－2705.

［29］KIATYONGCHAI T，WONGSASULAK S，YOOVIDHYA T.Coaxial electrospinning and release characteristics of cellulose acetate-gelatin blend encapsulating amodel drug［J］.JAppl Polym Sci，2014，131(8): 17－21.

［30］LIChen，WANG Zhehui，YU Dongge，et al.Tunable biphasic drug release from ethyl cellulose nanofibers fabricated using amodified coaxial electrospinning process［J］.Nanoscale Res Lett，2014，9(2):21－25.

［31］KHADKA D B，HAYNIE D T.Protein-and peptidebased electrospun nanofibers in medical biomaterials［J］.Nanomedicine:Nanotechnology，Biology and Medicine，2012，8(8).

［32］DONGARGAONKAR A A，BOWLIN G L，YANG H.Electrospun blends of gelatin and gelatin-dendrimer conjugates as a wound-dressing and drug-delivery platform［J］.Biomacromolecules，2013，14(11):4038－4045.

［33］UNNITHAN A R，GNANASEKARAN G，SATHISHKUMAR Y，et al.Electrospun antibacterial polyurethanecellulose acetate-zein compositemats for wound dressing［J］.Carbohydrate Polymers，2014，102(3).

［34］SOFOKLEOUS P，STRIDE E，EDIRISINGHE M.Preparation，characterization and release of amoxicillin from electrospun fibrous wound dressing patches［J］.Pharmaceutical Research，2013，30(7):1926－1938.

［35］CANBOLATM F，GERA N，TANG Chao，et al.Preservation of cell viability and protein conformation on immobilization within nanofibers via electrospinning functionalized yeast［J］.ACS Applied Materials＆Interfaces，2013，19(5).

［36］TRAN D N，BALKUS K J.Perspective of recent progress in immobilization of enzymes［J］.Acs Catal，2011，1(8):956－968.

［37］WANG Ying，HSIEH Y L.Immobilization of lipase enzyme in polyvinylalcohol(PVA)nanofibrousmembranes［J］.JMembrane Sci，2008，309(1/2):73－81.

［38］MORADZADEGAN A，RANAEI-SIADAT SO，EBRAHIM-HABIBI A，et al.Immobilization of acetylcholinesterase in nanofibrous PVA/BSA membranes by electrospinning［J］.Eng Life Sci，2010，10(1): 57－64.

［39］XU Ren，CHIChenli，LIFeitai，et al.Laccase-polyacrylonitrile nanofibrous membrane:Highly immobilized，stable，reusable and efficacious for 2，4，6-trichlorophenol removal［J］.ACSApplied Materials＆Interfaces，2013，23(5):12554－12560.

［40］JIXiaoyuan，WANG Peng，SU Zhenhui，et al.Enabling multi-enzyme biocatalysis using coaxial-electrospun hollow nanofibers:Redesign of artificial cells［J］.J Mater Chem B，2014，2(2):181－190.

［41］ZHAOMeigu，ZHOU Yuan，CAIBin，etal.The application of porous ZnO 3D framework to assemble enzyme for rapid and ultrahigh sensitive biosensors［J］.Ceramics International，2013，39(8).

［42］WANG Minglang，MENG Guwei，HUANG Qi，et al.Electrospun 1，4-DHAQ-doped cellulose nanofiber films for reusable fluorescence detection of trace Cu2+and further for Cr3+［J］.Environmental Science＆Technology，2012，46(1):367－373.

［43］WANG Lei，TELEKI A，PRATSINIS S E，et al.Ferroelectric WO3nanoparticles for acetone selective detection［J］.Chem Mater，2008，20(15):4794－4796.

［44］BAIXue，JIHuimin，GAO Peng，et al.Morphology，phase structure and acetone sensitive properties of copper-doped tungsten oxide sensors［J］.Sensor Actuat BChem，2014，19(3):100－106.

［45］ZHOU Chenshen，SHIYanglin，DING Xiaodong，et al.Development of a fast and sensitive glucose biosensor using iridium complex-doped electrospun optical fibrous membrane［J］.Analytical Chemistry，2013，85(2): 1171－1176.

［46］WANG Nan，BURUGAPALLIK，SONGWuhui，et al.Electrospun fibro-porous polyurethane coatings for implantable glucose biosensors［J］.Biomaterials，2013，34(4).

［47］LIU Yingying，YU Jia，CHENWanwan，etal.Cu2+detection with gold nanoparticles by patterning colorimetric strips on a filter membrane assembled in a microfluidic chip［J］.Chinese J Chem，2012，30(9): 2047－2051.

［48］ZHANG Yang，TANG Yuefen，HSIEH Y H，etal.Towards a high-throughput label-free detection system combining localized-surface plasmon resonance and microfluidics［J］.Lab Chip，2012，12(17): 3012－3015.

［49］ZHANG Yang，QIAO Lebin，REN Yueke，et al.Two dimensional barcode-inspired automatic analysis for arrayed microfluidic immunoassays［J］.Biomicrofluidics，2013，7(3):77－81

［50］LIU Yingying，YANG Dangyun，YU Tai，et al.Incorporation of electrospun nanofibrous PVDF membranes into amicrofluidic chip assembled by PDMS and scotch tape for immunoassays［J］.Electrophoresis，2009，30 (18):3269－3275.

［51］ZHANG Nanan，DENG Yueli，TAI Qindong，et al.Electrospun TiO2nanofiber-based cell capture assay for detecting circulating tumor cells from colorectal and gastric cancer patients［J］.Adv Mater，2012，24(20): 2756－2760.

［52］ZHAO Lubing，LU Yunting，LI Feiqi，et al.Highpurity prostate circulating tumor cell isolation by a polymer nanofiber-embedded microchip for whole exome sequencing［J］.Adv Mater，2013，25(21):2897－2902.

［53］HOU Sui，ZHAO Linbin，SHEN Qiliang，et al.Polymer nanofiber-embeddedmicrochips for detection，isolation and molecular analysis of single circulatingmelanoma cells［J］.Angew Chem Int Edit，2013，52(12): 3379－3383.

《合成纖維工業(yè)》2016年征訂啟事

《合成纖維工業(yè)》是國家科委批準(zhǔn)發(fā)行的合成纖維領(lǐng)域的專業(yè)性科技期刊，全方位報道國內(nèi)外科研生產(chǎn)的科技成果、實用技術(shù)和科技信息，辟有研究與開發(fā)、科研快訊、綜述與專論、設(shè)備與控制、實踐與經(jīng)驗、分析與測試、國內(nèi)外動態(tài)等主要欄目。每期提供近15萬字的技術(shù)信息，是合成纖維工業(yè)生產(chǎn)、研究開發(fā)、設(shè)計、管理、經(jīng)營等部門專家、技術(shù)人員、管理人員的首選期刊。

《合成纖維工業(yè)》是中國期刊方陣雙效期刊、中文核心期刊、中國石化集團公司核心期刊和中國科技論文統(tǒng)計源期刊、CA收錄刊源?！逗铣衫w維工業(yè)》已入編中國學(xué)術(shù)期刊(光盤版)、萬方數(shù)據(jù)——數(shù)字化期刊群、中文科技期刊數(shù)據(jù)庫等。

《合成纖維工業(yè)》是化纖界專家和企業(yè)家的朋友，也是合成纖維科技成果通向企業(yè)的橋梁與紐帶?！逗铣衫w維工業(yè)》愿為您提供全方位的咨詢、中介和廣告服務(wù)，竭誠歡迎海內(nèi)外合成纖維專家、企業(yè)家垂詢?！逗铣衫w維工業(yè)》網(wǎng)站(www.hcxwgy.com)歡迎與各信息網(wǎng)站及化纖企業(yè)刊互換友情鏈接。

《合成纖維工業(yè)》為大16開本，雙月刊。國內(nèi)外公開發(fā)行，國內(nèi)郵發(fā)代號42－21。訂價10.00元/期，年價60.00元。請讀者及時到當(dāng)?shù)剜]政局訂閱!也可直接與編輯部聯(lián)系補訂。編輯部現(xiàn)有1994—2014年合訂本(定價70.00元/本)，歡迎讀者踴躍訂閱。

地址:湖南省岳陽市云溪區(qū)

巴陵石化分公司技術(shù)中心(原岳化研究院)

《合成纖維工業(yè)》編輯部

聯(lián)系人:余毅

郵政編碼:414014

電話:0730－8482342

傳真:0730－8482342

E-mail:hcxwgy.blsh@sinopec.com

網(wǎng)址:http://www.hcxwgy.com

Research progress on electrospinning fiber for biomedical applications

Liu Yanbo1，2，Sun Jian1，Zhao Xuefei1，Ma Sumei1
(1.School of Textiles，Tianjin Polytechnic University; 2.Key Laboratory of Advanced Textile Composites，Ministry of Education，Tianjin Polytechnic University)

With increasing awareness of the special properties and broad applicability of nanofibermaterials，more and more researches focused on the preparation methods of nanofiber，of which electrospinning technique was one of spinning methods with simple operation，extensive adaptation of raw materials and easily realizing mass production.Due to the higher specific surface area and porosity，electrospun nanofibers had been applied in the biomedical field widely.The application status of electrospinning concerning biologicalmedicines，especially the latest research progress of electrospinning technique including tissue engineering scaffold，drug delivery，wound dressing，biologic enzyme immobilization，biosensor and medical diagnosis application and so on，was introduced.

electrospinning，biomedical，tissue engineering scaffold，drug delivery，enzyme immobilization，biosensor

R318.08

:A

:1004－7093(2015)09－0001－11

*國家自然基金項目(51373121)

2015－04－04

劉延波，女，1965年生，副教授。研究方向為超細纖維包括微米級和納米級纖維材料的技術(shù)開發(fā)。