熔体电纺在加工生物材料方面的应用

张墅野 徐翔宇 林铁松 何鹏 先进焊接与连接国家重点实验室，哈尔滨工业大学 （黑龙江哈尔滨 150001）

内容提要：在过去的十几年中，熔体静电纺丝技术已经成为了一种成熟的聚合物加工技术，与传统静电纺丝相比，它的最大优点就是无须溶剂。在纺织、过滤、环境和能源以及生物医学方面都有着全新的应用。研究者们已经开始将熔体静电纺丝技术在药物传递、生物传感器和组织工程等生物医学方面进行应用。文章介绍了熔体静电纺丝的发展过程，包含关键的组织工程、药物传递、生物传感器等进展，并综述了熔体静电纺丝技术在生物医学领域的应用及其研究进展与展望。

溶液静电纺丝使用的溶剂如氯仿、二氯甲烷等大多具有毒性，限制了与人体相关的生物医疗领域的应用。在工业化生产中，溶液静电纺丝的溶剂配制、产物溶剂的去除的成本和危险性都无法降低。对于常用的热塑性材料如聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、聚硫醚（PPS）等热塑性材料，常温下至今没有找到合适的溶剂，使得该类材料通过溶液静电纺丝制备纳米纤维难以实现，于是无需溶剂的熔体静电纺丝技术逐渐引起了研究者的注意[1]。本文综述了熔体电纺技术的发展以及最新熔体静电纺丝技术在生物医疗领域的应用，主要分为组织工程、药物传递、和生物传感器等方面。

1.熔体静电纺丝的发展概况

在2000年由Kim＆Lee制作了熔体静电纺丝技术，使医用级聚合物可以按照材料原样直接进行加工。对于生物医学设备和植入物（如支架、网格等），研发时间大大被缩短[2]。从此，熔体电纺工艺在制造生物材料和组织工程领域生机焕发，至今，熔体静电纺丝已成功应用于PP、聚已内酯（PCL）、聚乳酸（PLA）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）及聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）等众多热塑性聚合物纳米纤维的制备[3]。

已有研究表明，熔体静电纺丝支架在体内具有良好的融合和血管化前景。熔体静电纺丝技术作为一种拥有极大潜力的增材技术，很可能是新的一种使用高性能多相支架材料的处理方法，或者是给研究提供创新思路的方法，如将功能材料封装在复合纤维中。

2.生物医疗方面的应用

2.1 组织工程

高孔隙率（93%）的熔体静电纺丝支架显著提高了基体的力学性能，使纤维增强基体复合材料可承受高压缩载荷，保持了与嵌入细胞兼容的基体软性质[4]。Brown等[5]在2010年成功制备出由PCL和PEG5000-block-PCL5000混合聚合物构成的可供细胞侵袭的支架。可在密闭环境中进行制作和无需溶剂去除步骤等熔体静电纺丝的特性，使得该技术成为制备供细胞侵袭支架的理想技术。

2.2 药物传递

熔体静电纺丝就可以将药物在聚合物熔体中进行直接混合，Nagy等[6]证明熔体静电纺丝可以增强弱水可溶性分子的载量，从而实现药物快速释放。Lian等[7]将熔体静电纺丝产生的PCL纤维与溶液静电纺丝产生的PCL纤维在药物传递能力上进行了比较，发现由于熔体静电纺丝出的PCL具有良好的晶体性质，故其的药物释放曲线更加合理，且其的载药量更大。

2.3 生物传感器

最近，Li等[8]探索了熔体静电纺丝制备PCTM超细纤维在制备体温热材料和热响应传感器，PCTM被包裹在PMMA纤维中。采用透明聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）壳层，由结晶紫内酯、双酚A、1-十四醇（CBT）混合而成，该纤维具有良好的耐热性能，其中热致变色温度可以通过各个原材料的浓度进行调整，以期待与人体37～39˚C系统完美配合。

3.小结与展望

熔体静电纺丝技术的优点包括：①加工不溶于溶剂的新型聚合物；②避免了物质的毒性；③低成本加工效率高；④更快和更简单的材料制备，减小研发周期。最后，静电直写技术将电纺纤维直接固定到特定基体上是一个更有意义的全新方向。熔体静电纺丝技术作为一种拥有极大潜力的增材技术，很可能是一种新的使用高性能生物支架材料与血管相容的加工方法，这将给研究者提供新的创新思路。随着熔体静电纺丝适用的热塑性和功能性高分子材料的范围不断扩大，特别是具有良好控制结构和改进长丝性能的热塑性和功能性高分子材料的种类增加，熔体静电纺丝将很快被应用拓展，例如细胞/水凝胶打印，熔体静电纺丝将为细胞迁移通过水凝胶提供物理/化学帮助的技术。因此，熔体静电纺丝将成为成为最具潜力的生物纤维制造技术之一。