摘 要： 人工骨產(chǎn)品因其具備良好的生物相容性和可降解性在組織工程學(xué)、器官填充和缺損修復(fù)等方面具有極大的應(yīng)用前景。文章結(jié)合新型纖維狀支架型人工骨項目，論述了靜電紡絲技術(shù)在人工骨制備中的應(yīng)用，并分析了新型纖維狀支架型人工骨的制備難點及解決措施，期望為類似人工骨產(chǎn)品的開發(fā)提供參考與幫助。

關(guān)鍵詞： 纖維狀支架型人工骨;制備;靜電紡絲技術(shù)

一、 引言

人工骨是一種具有生物功能的新型無機非金屬材料。人工骨可以依靠從人體體液補充某些離子形成新骨，可在骨骼結(jié)合界面發(fā)生分解、吸收、析出等反應(yīng)，實現(xiàn)骨骼牢固結(jié)合。人工骨產(chǎn)品的制備需保證其具有良好的成形性、生物相容性和可降解性、浸潤性。文章結(jié)合新型纖維狀支架型人工骨項目，分析纖維人工骨的制備要點，希望為類似項目的開發(fā)提供參考。

二、項目概況

一種新型纖維狀支架型人工骨項目，總投資為610萬，是公司參加國外學(xué)術(shù)會議發(fā)現(xiàn)的全新產(chǎn)品。項目將生物活性無機陶瓷顆粒Y與可生物降解的某生物高分子A結(jié)合，制備出棉花狀的纖維人工骨。與傳統(tǒng)的人工骨相比，棉花狀纖維人工骨具有較好的生物形容性、成形性、浸潤性、可降解性，能夠根據(jù)患者骨骼破損處的空間大小調(diào)整纖維狀人工骨。采用撕扯的方式將纖維狀人工骨揉成棉花團狀結(jié)構(gòu)，填充骨缺損的位置，加快患者骨組織的增殖和再生速度，促進患者骨組織的生長。另外，新型纖維狀支架型人工骨具有可降解性，人工骨移植后并不需要取出，避免給患者造成二次疼痛，在缺損修復(fù)、組織工程學(xué)、器官填充等方面新型纖維狀支架型人工骨都具有較好的應(yīng)用前景。

三、 靜電紡絲技術(shù)在人工骨制備中的應(yīng)用

靜電紡絲技術(shù)能夠在強電場的作用下利用聚合物流體拉絲，通過金屬噴嘴達到噴射拉伸的目的，從而獲得數(shù)微米和數(shù)十納米的納米級纖維的紡絲技術(shù)。采用靜電紡絲技術(shù)得到的納米級纖維具有面積大、直徑小、精細(xì)程度一致、空隙率高等特點，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域靜電紡絲技術(shù)得到了較為廣泛的應(yīng)用。尤其是人工骨制備中，應(yīng)用靜電紡絲技術(shù)將黏結(jié)度較高的非牛頓流體制備成纖維，運用高揮發(fā)性溶劑溶解聚合物，并運用靜電紡絲過程，使得高分子微小液體流在高壓電場中高速拉伸，其間溶劑會快速揮發(fā)，液體流會被快速分離出來，最終形成溶劑富集相與聚合物富集相，聚合物富集相會固化，最終形成纖維狀支架型人工骨。另外，靜電紡絲技術(shù)應(yīng)用過程中，會向聚合物熔體釋放幾萬伏的高壓靜電，電場力施加于液體表面，液體表面會產(chǎn)生電流，相同電荷相斥的表面張力會使液體與電場力出現(xiàn)相斥情況，液體表面會產(chǎn)生向外的力，從而使得液體表面形成半球形狀的液滴，表面張力與向外的力方向相反。電場力大小與高分子液體表面張力相同時，帶電液滴會懸掛在毛細(xì)管的末端，并且會處于相對平衡狀態(tài)。隨著電場力的增加，毛細(xì)管末端半球狀液滴會被拉伸成圓錐狀，電場力超過臨界值后，排斥電場力會致使液滴表面張力形成射流，靜電紡絲期間，液滴會帶有一定的靜電壓，并處于電場中，致使射流在毛細(xì)管末端接收裝置運行時出現(xiàn)加速情況，拉伸電場中的射流，最終在接收裝置上形成非織造狀態(tài)的納米纖維。

該項目制備人工骨時應(yīng)用了靜電紡絲技術(shù)，不僅能夠降低制備成本，還能簡化制備程序，通過給聚合物溶液施加外加電場的方式制備聚合物纖維，纖維直徑在納米級和微米級之間。另外，作為特殊的纖維制造工藝，靜電紡織技術(shù)可以在熔體和聚合物溶液的強大電場中噴射紡絲，在電場作用下，針頭位置的液滴會變成圓錐形，并由圓錐尖端延展成為纖維細(xì)絲。實際應(yīng)用過程中，需注意靜電紡絲技術(shù)應(yīng)用期間較為容易受到周圍環(huán)境因素的影響。高分子紡絲黏液黏稠度較低時，液體本身具有較強的流動性，這一情況嚴(yán)重增加了紡絲黏液控制的難度，使得黏液無法有效接受電場牽制;高分子紡絲液黏稠度較高時，液體較為黏稠，致使黏液無法完成牽伸紡絲工作，針頭極易出現(xiàn)堵塞問題，甚至嚴(yán)重的情況下導(dǎo)致對紡絲質(zhì)量造成的影響。因此，制備人員要嚴(yán)格控制高分子紡絲液的黏稠度，確定保證新型纖維狀支架型人工骨制備的水平。

四、新型纖維狀支架型人工骨的制備要點

（一）實驗設(shè)計

制備新型纖維狀支架型人工骨制備期間，制備人員要重視實驗方案設(shè)計工作，充分考慮到靜電紡絲影響因素。該項目實驗方案的變量為溫度/濕度、紡絲液濃度、電壓值等，通過實驗的方式最終確定最佳工藝參數(shù)值，主要包括：某生物無機顆粒X與某生物高分子A的最佳配比，最佳紡絲液濃度范圍、某生物無機顆粒X與某生物高分子A的均勻混合方式、某生物高分子A與不同粒度的某無機顆粒X對紡絲形貌的影響規(guī)律、調(diào)整靜電紡絲設(shè)備的最優(yōu)參數(shù)。另外，制備樣品時，要選擇最佳無機陶瓷、紡絲溶劑種類，明確纖維人工骨顆粒徑、配比、材料型號等。

（二）纖維易黏結(jié)的問題及解決

該項目開展實驗期間，發(fā)現(xiàn)運用靜電紡絲技術(shù)制備新型纖維狀支架型人工骨期間，纖維在空氣中干燥過程中，紡絲剛性較高、彈性較差，并且纖維間較為容易出現(xiàn)黏結(jié)在一起變成一張膜的情況。采用高分子物理知識進行分析，其原因與高壓靜電場拉伸應(yīng)力致使紡絲高結(jié)晶度和取向度有著直接關(guān)系，纖維在空氣快速干燥過程中，紡絲的高結(jié)晶度和高取向度無法及時產(chǎn)生變化，這一情況嚴(yán)重降低了紡絲的彈性，增加了紡絲的剛性，導(dǎo)致紡絲無法達到規(guī)定的使用要求。

為解決新纖維狀支架型人工骨制備中存在的問題，保證紡出的人工骨纖維能夠有著較為合適的彈性和形貌，項目考慮到乙醇是某生物高分子A的不良溶劑，運用乙醇接收基底，使靜電紡絲針頭正對乙醇液面，讓乙醇在高壓靜電場的作用下進入乙醇液體內(nèi)部，采用浸泡的方式增加高分子鏈之間的纏結(jié)程度，減少紡絲中的高結(jié)晶度和高取向度。接近消失狀態(tài)時將纖維紡絲送乙醇中取出，在空氣中達到干燥的目的，讓紡絲樣品始終保持彈性和柔軟，以便滿足該項目對新型纖維狀支架型人工骨性能的要求。

五、結(jié)語

制備新型纖維狀支架型人工骨將靜電紡絲技術(shù)應(yīng)用其中，不僅能夠高效固化纖維，還能模擬天然細(xì)胞外基質(zhì)生物功能和結(jié)構(gòu)，提高骨創(chuàng)傷修復(fù)的水平。另外，制備新型纖維狀支架型人工骨過程中，對于纖維易黏結(jié)的問題，通過運用乙醇接收基底，將靜電紡絲針頭對準(zhǔn)乙醇液面，讓紡絲快速進入乙醇溶液中，提升紡絲的彈性，以解決纖維變成膜的問題。項目通過實驗參數(shù)和加工工藝的調(diào)整，確定了制備棉花狀纖維的最佳工藝參數(shù)，并將制得的樣品在上海六院進行了實驗兔實驗，初步驗證該產(chǎn)品具有很好的骨修復(fù)和可降解能力。

參考文獻：

[1]周磊，潘華興，焦力剛.可調(diào)控纖維增強型骨組織工程支架的制備及表征[J].哈爾濱醫(yī)科大學(xué)學(xué)報，2014（5）：373-375.

[2]陳若夢.陶瓷：金屬復(fù)合人工骨仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計基礎(chǔ)研究[D].烏魯木齊：新疆大學(xué)，2013.

[3]俞霞.多孔角蛋白復(fù)合骨支架材料的制備與性能研究[D].天津：天津工業(yè)大學(xué)，2016.

作者簡介：? 王陳，揚子江藥業(yè)集團廣州海瑞藥業(yè)有限公司。