基于壳聚糖的静电纺丝纳米纤维膜用于伤口敷料的研究进展

2020-12-07王京斌李德超国平

魅力中国 2020年7期

王京斌李德超国平

（青岛即发新材料有限公司，山东青岛 266235）

引言

伤口愈合是一个非常复杂的过程，医用敷料作为创面覆盖物，在伤口愈合过程中起到保护伤口、加速愈合、防止感染等作用。医用敷料是目前临床用到的创伤修复的重要材料之一。由于单一材料组成的敷料有着各种限制以及缺陷，可以结合不同类型敷料的优势的复合敷料的出现了。

一、静电纺丝技术

作为高分子流体静电雾化的一种特殊形式，静电纺丝技术的原理非常简单，聚合物溶液或熔体在高压电场力作用下，在喷丝头出口形成泰勒锥，逐渐增大电压，当电场力超过纺丝液的表面张力时，就会在泰勒锥的顶端喷射形成射流，射流在下落过程发生不稳定的劈裂和鞭动，在这个过程中溶剂不断挥发，最终在收集板上得到固化的微纳米纤维。静电纺丝装置的主体结构包括供液系统、高压电源、纺丝喷嘴和接收装置四部分。其中高压电源为纺丝液射流的提供连续不断的高电压，它的正负极分别与纺丝喷头和接收装置相连接。根据纺丝原料的状态不同，又可分为熔体静电纺丝和溶液静电纺丝两种，熔体静电纺丝是将高分子聚合物直接加热到熔融态后施加高压电进行电纺，整个过程当中不需要添加有机溶剂，有效避免了环境污染的同时，大大提高了纺丝效率。

二、壳聚糖类止血材料

首先是纯壳聚糖纳米纤维膜。壳聚糖纳米纤维膜能有效促进成纤维细胞的增殖，在止血和组织修复上有良好的应用前景。其次是壳聚糖基复合物纤维膜。氧化银-壳聚糖复合材料具有良好的抗菌特性，且膨胀性能好，可有效防止创面脱水，这对组织修复是很有利的。动物创伤实验表明，与纱布、100%壳聚糖和其他壳聚糖基敷料相比，氧化银-壳聚糖复合材料能更快地促进创伤愈合。在电镜下观察，制备的复合材料纤维结构清晰，纤维尺寸分布均。这种复合纤维材料具有有良好的生物医学性能，有望成为新型的止血及皮肤修复材料。

三、基于CS的静电纺丝纳米纤维膜的应用

（一）CS与其他聚合物共混

CS通常与聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚环氧乙烷(PEO)、聚乙烯醇(PVA)、PCL、胶原等其他聚合物混合增强其电纺性，已证明将CS与PVA共混有助于形成均匀的纳米纤维膜。

（二）递送化学抗菌药物

伤口部位的细菌感染可以导致并发症并延缓伤口愈合。利用基于CS的纳米纤维膜递送抗菌药物，可以实现药物从纳米纤维膜中的持续释放，从而提高抗菌效果。在常用的各种抗菌药物中，银纳米粒子已被认为是具有广谱和高效的抗菌药物。银纳米粒子的存在不仅增强了静电纺丝性能，而且提高了纳米纤维膜的抗菌能力。在相同的细菌浓度下，CS/PVA/银纳米粒子纳米纤维膜组的大肠杆菌菌落数量较CS/PVA纤维膜组明显减少。

四、纳米载药系统与静电纺丝载药敷料

纳米载药系统是利用纳米技术将药物分子包封或吸附于由天然或合成的生物相容性好的高分子材料制成的纳米粒子或纳米纤维中，属于纳米级药物输送系统。纳米载药系统因其独特的理化和生物学特性，可有效地控制药物释放，提高药物靶向性和缓释性；改变药物的给药途径，在血液循环中保持稳定性，增加药物吸收；延长药物作用的时间，提高药物的生物利用度；降低药物的毒副作用等，逐渐成为国内外医学和材料学领域的研究热点。聚合物是纳米药物载体的常见形式，聚合物药物控释体系受到了广泛的关注，其研究主要集中在脂质体、水凝胶、纳米粒子或微球、纳米纤维支架等。其中，纳米纤维支架具有高孔隙率、高比表面积、可延展性、高吸收性等特点，并通过纤维形貌、孔隙率及其成分等调控药物释放行为，可用作各类药物的载体。药物可以通过物理作用被包封在聚合物内部，或与聚合物基质共价结合，通过控制释放的形式作用于人体。药物控释系统主要包括药物在人体体液中的溶出和扩散。对于可降解的材料，在接触人体体液特定时间后，断裂分解、药物分子释放，即发生降解和药物分子溶出，而扩散作用存在于药物释放过程始末。通过静电纺丝制备负载药物的复合纳米纤维，已成为医药材料领域的研究热点。与传统的给药模式相比，静电纺丝纳米载药系统不仅能提高药物的溶解度和提高药物在体内的稳定性，有效控制药物释放速度，还能改善治疗药物安全性和有效性。静电纺丝纳米敷料表现出高孔隙率，允许适当的氧气、水分和营养物质交换，不会导致伤口干燥和脱水，可有效控制伤口潮湿微环境。小孔径可以有效地抑制微生物从外部环境渗透，高表面积静电纺丝纳米纤维膜支持有效释放负载药物。由于能够将各种治疗化合物加载到纳米纤维中，因此可制备功能性生物活性纳米纤维敷料。影响伤口愈合的各种活性成分和药物，包括抗菌药、生长因子、维生素、中草药提取物甚至细胞（如角质形成细胞，间充质干细胞和成纤维细胞）已被加载到纳米纤维中以控制释放并增强所需的伤口愈合属性。