静电纺丝纳米纤维皮肤创面敷料研究新进展

李 昂 李晓林

上海交通大学附属第六人民医院，上海，200233

皮肤具有保护机体器官和组织的功能，难免会受到外界各种理化因素、微生物、机体内部病理变化及人为因素的影响而引起伤害，甚至造成较为严重的创面。复杂的创面给医疗保健系统带来了巨大的经济负担，仅在北美每年就造成数十亿美元的损失[1]。创面敷料对一些创面的愈合有着非常重要的影响。近年来，伴随着纳米技术的发展，传统敷料逐渐被功能良好的新型敷料所替代。本文对皮肤创面敷料、静电纺丝、纳米纤维、静电纺丝纳米纤维皮肤创面敷料等的研究进展进行了综述。

1 皮肤创面敷料

皮肤创面愈合是人体最为复杂的过程之一[2]。较为理想的创面敷料应具备抗菌、止血，生物相容性和促进组织再生等功能[3-5]。传统敷料主要包括干纱布和油纱，可给创面提供一定的保护作用。随着“湿性创面愈合”理论获得临床上普遍认可，一些现代新型敷料如透明膜敷料、水胶体敷料、藻酸盐敷料、银离子敷料等，先后应用于临床。这些敷料和创面间存在着交互作用，可以及时吸收分泌物、使氧气进入创面，对创面愈合起了积极的促进作用。近年来，伴随着纳米技术的发展，在组织工程领域还出现了使用包括静电纺丝纳米纤维在内的各类生物支架作为新一代创面敷料，并取得了良好效果。纳米纤维皮肤创面敷料具有三维支撑结构、孔径小、表面体积比高等优点，且能比传统敷料较好地模拟细胞外基质，有利于细胞生长、黏附和增殖，并能有效隔绝外界环境的病原微生物，避免炎症的发生。

2 静电纺丝和纳米纤维

2.1 静电纺丝 静电纺丝源于英语单词“electrospinning”。1930-1980年间，静电纺丝技术的发展比较缓慢，而且许多研究也主要针对静电纺丝的装置方面。进入20世纪90年代，人们对静电纺丝工艺及应用给予了大量的关注。尤其近年来，纳米技术的进步使静电纺丝技术得到了快速、长足的发展。在生物医药领域，动物和植物来源的蛋白质和肽应用静电纺丝技术被生产成细胞相容性和可生物降解的纳米纤维创面敷料，此类创面敷料显示出许多支持和加速创面愈合的特性[6,7]。

2.2 纳米纤维 纳米纤维的生产方法有多种，包括模板合成、自组装、拉伸法、静电纺丝等。静电纺丝法因为装置及操作简单，具有适用范围广、生产效率高等被普遍采用。应用静电纺丝技术生产纳米纤维是材料领域的一项重大成果，并且已经生产出多种纳米纤维，包括有机纳米纤维、有机/无机复合纳米纤维和无机纳米纤维。部分纳米纤维不仅具有功能性黏附和良好的生物相容性[8]，而且还有容易移除、低成本等多种优点[9]。

3 静电纺丝制备纳米纤维原料种类

目前纳米纤维的生产原料有多种，包括有机溶剂可溶聚合物(如聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚丙烯腈等)、水溶性高分子聚合物(如聚环氧乙烷、聚乙烯醇、聚丙烯酸等)、可降解高分子聚合物(如聚乳酸、聚己内酯、聚羟基乙酸等)、天然高分子聚合物(如纤维素、甲壳素、卵磷酯、壳聚糖、胶原蛋白、蚕丝蛋白、明胶等)及其衍生物等[10]。另外，一些原料通过与其他聚合物溶液共混，也可以成为静电纺丝纳米纤维的原料。

4 静电纺丝纳米纤维皮肤创面敷料具有的特征

与其他皮肤创面敷料相比，静电纺丝纳米纤维创面敷料有许多优良的特征。

4.1 静电纺丝纤维具有良好的孔隙率和很高的透气性 近年来，通过静电纺丝技术已生产聚乳酸、明胶/聚乳酸、壳聚糖/聚乳酸、聚氨酯等纳米纤维。用这些纳米纤维生产的创面敷料吸收性强、与创面黏附好，避免渗出物在创面大量聚积，能有效阻止病原微生物的入侵[11]。

4.2 静电纺丝纳米纤维具有很高的柔软性和止血作用 高分子聚合物和天然高分子材料相结合生产的纳米纤维有着更强的机械性能，同时又具有良好的柔软、透气性能，有利于创面愈合。有学者将胶原蛋白与壳聚糖的混合溶液应用静电纺丝技术生产出创面敷料，证实该敷料有良好的止血作用[12]。

4.3 静电纺丝纳米纤维具有良好的降解性 应用聚乳酸等可降解材料制备的静电纺丝纤维具有良好的生物可降解性，不仅减少了由于更换敷料导致的二次伤害，还能够节省大量的棉纱，满足人们对环境保护的要求。

5 功能性静电纺丝纳米纤维皮肤创面敷料的种类

通过静电纺丝技术可以将天然或合成生物活性化合物负载或包埋于纳米纤维皮肤创面敷料，这些敷料能够以受控方式释放天然和/或合成物质，从而加快创面的愈合过程[13]。

5.1 抗菌及抗炎作用 静电纺丝纳米纤维创面敷料本身能有效隔绝外界环境，也能负载一些药物，具有抗菌及抗炎作用。将环丙沙星负载于海藻酸钠/聚(乳酸-共-乙醇酸)静电纺丝纤维制备成创面敷料，该创面敷料不仅具有较强的吸水能力，还能提高环丙沙星的抗菌作用[14]。负载万古霉素的杂化壳聚糖/聚环氧乙烷纳米纤维能够成功地抑制细菌生长，促进伤口愈合。而且该纳米纤维还可以因局部应用万古霉素而减少其副作用[15]。研究证实，将含有天然活性抗菌植物的纳米乳液加载到纳米纤维中，这种创面敷料具有抗菌和愈合功效[16]。孟鲁司特是一种有抗炎作用的半胱氨酰白三烯抑制剂，一项研究表明，通过静电纺丝方法将孟鲁司特掺入聚合物纳米纤维后，该纳米纤维对血小板的黏附性能明显增加[17]。

5.2 抗氧化作用 静电纺丝纳米纤维为抗氧化剂封装提供了必要的环境。目前经常使用的活性化合物有单宁酸(多酚)、槲皮素(类黄酮)、姜黄素(多酚)和维生素B6(吡哆醇)。在纳米纤维中加入活性化合物可以提高其生物利用度和稳定性，改变聚合物的机械性能，增强其生物相容性[18]。姜黄素是姜黄的主要活性成分，它具有抗氧化、抗炎、抗病毒和抗肿瘤等药理作用，但其低稳定性和有限的生物利用度限制了它的临床疗效。纳米纤维与姜黄素结合，可以将姜黄素的抗炎和抗氧化特性混合成一种高效的伤口敷料，促进创面愈合[19]。

5.3 止血作用 好的皮肤创面敷料应具有促进止血和伤口愈合的作用。具有生物活性和止血能力的透明质酸纳米纤维敷料能够包裹和控制生长因子的释放，这些生长因子可作为皮肤组织工程敷料有利于创面止血和愈合[20]。研究证实采用静电纺丝方法制备的聚己内酯/胶原蛋白/季铵盐和聚乙烯醇/胶原蛋白/季铵盐两种纳米纤维敷料具有快速止血、抗炎作用，有利于创面愈合[5]。

5.4 促血管生成作用 纳米纤维通常掺入具有促血管生成活性的成分和负载生物分子(如血管内皮生长因子)。此外，将特定类型的干细胞(例如内皮祖细胞)接种到纳米纤维上是诱导血管生成的有价值的方法。这些有效的方法在硬组织和软组织(分别主要是骨骼和皮肤)的重建中得到认可[21]。各类负载或不负载药物的纳米材料创面敷料可以促进血管生成，而血管生成又进一步加速细胞增殖、胶原沉积、肉芽的组织形成和再上皮化，进而加速创面愈合[22]。一项研究发现负载胰岛素丝素微球创面敷料能够加速创面闭合、胶原蛋白沉积和血管形成,从而促进伤口愈合[23]。将原位交联重组人胶原蛋白肽负载于纳米纤维后，在大鼠烫伤模型中发现创面快速表皮化及血管生成现象[24]。二甲基乙二酰甘氨酸(DMOG)负载的介孔二氧化硅纳米粒子静电纺丝纳米纤维膜可以刺激人脐静脉内皮细胞的增殖、迁移和血管生成相关基因表达。体内研究表明，它显著改善了糖尿病创面的新生血管形成、再上皮化和胶原蛋白沉积，并抑制了糖尿病创面的炎症反应，促进糖尿病创面的愈合[25]。

5.5 控制药物释放作用 目前静电纺丝纳米纤维已被应用于药物递送，如创面敷料、口腔分散膜、固体分散体和各种控释剂型[26]。将莫匹罗星和盐酸利多卡因均匀掺入聚己内酯和壳聚糖纳米纤维，然后用多种方法对其药物释放和机械性能等进行测量，结果证实这种纳米纤维具有高热稳定性，对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和铜绿假单胞菌有高效的抗菌活性，并且对成纤维细胞无毒[27]。姜黄素作为一种模型草药抗菌剂，对革兰氏阳性菌及阴性菌都有抑制作用。应用静电纺丝制备了负载姜黄素的纳米纤维，结果发现该纳米纤维创面敷料机械性和亲水性增强，姜黄素的缓释率更高[28]。

6 小结

现代科技的发展使皮肤创面敷料具有了越来越有利于创面修复的优点和功能。本文探讨了皮肤创面敷料的种类、静电纺丝技术及其发展、纳米纤维的生产方法、静电纺丝纳米纤维的原料来源及其创面敷料具有的特征，并对近年来功能性静电纺丝纳米纤维皮肤创面敷料的研究进展进行了综述。随着静电纺丝纳米纤维机械性、柔韧性、安全性得到进一步完善，这种创面敷料的研究与开发已经取得了很大进展。一旦这类产品的生产进入批量化、产业化、临床化，它将具有十分广阔的应用前景。