電紡絲在生物醫用功能材料中的應用
時間:2005-05-31
胡平 張璐 齊宏旭 王琳綱
北京市清華大學化工系高分子研究所，100084 Email: [email protected]
摘要：電紡絲作為一種簡單而且直接制備超細聚合物纖維的方法，因其制得的材料具有很好的生物相容性和結構相容性，所以被用于生物醫用領域，特別適于制備組織工程支架。本文著重闡述了電紡絲在生物醫用功能材料中的應用，以及我們的部分研究工作。
生物醫用材料近年來發展很快，已經得到諸多應用。依據生物體對材料的結構特性和生物特性的要求，纖維狀材料具有廣泛的應用前景，并有仿生化，微細化的趨勢。因此，電紡絲作為一種簡單而且直接制備超細聚合物纖維的方法，制備出的無紡布具有很好的生物相容性和結構相容性，已經在組織工程支架、藥物釋放、表面敷料、保護隔離等方向上得到了應用。通過對材料加工過程的調控，可以實現電紡絲材料在結構、形貌、組分和功能上滿足生物醫用功能材料的要求。
1，電紡纖維結構功能化。電紡纖維通常具有納米級直徑，比表面積大，而且均一性高。接收電紡絲，得到纖維交錯編織成的無紡布。這種無紡布在微觀結構上既可以是纖維的取向排列，也可以是按照一定規律編織成的網狀結構。纖維的密集程度和直徑的大小決定了無紡布中孔的大小和孔隙率的高低。電紡纖維的這些結構特點使得材料不僅具有一定的力學性能，而且具有很好的生物仿生性，滿足了組織工程支架對材料的細胞黏附性和膜滲透傳質作用的要求。
2，電紡纖維形貌功能化。電紡絲法制備的材料的宏觀形狀主要取決于接收裝置的形狀。因此，可以方便的改變接收裝置來得到各種復雜形狀的電紡絲材料。例如，使用柱型旋轉接收器，我們可以直接得到血管組織工程需要的不同直徑管狀支架材料；利用平板接收器，可以得到皮膚組織工程需要的膜狀支架材料。
3，電紡纖維組分功能化。電紡絲是依靠電場力的作用完成的，過程簡單，條件溫和。因此，我們可以將很多常規藥物甚至蛋白質分子加入到紡絲液中，在紡絲過程中使藥物均勻分散到聚合物纖維中，從而有效避免了活性成分的變性失效。而且，通過改變制備條件影響材料的結構，達到控制藥物釋放量和速率的目的。在同一個紡絲過程中不斷變化紡絲液的組成，易于實現多層梯度材料的制備，滿足對組織微觀結構的仿生要求。
4，紡絲過程的優化調控。作為一種聚合物的加工成型方法，電紡絲過程中諸如：電場強度，紡絲液濃度，接收裝置的形狀和位置，溶劑的選擇等參數直接影響了制備的材料的結構與性能。因此，優化紡絲過程參數可以達到對材料結構的調控，從而滿足不同領域對性能的要求。
我們小組通過對電紡絲的研究，用不同聚合物體系成功制備出管狀和膜狀支架材料，并對結構進行優化調控。利用多組分的混合和單組分交替紡絲制備出常規藥物和生長因子的緩釋體系。同時，將聚苯中間體先加工成型再反應，解決了聚苯因為不溶不熔造成的加工困難的問題。將ZnO2前驅體與聚合物溶液混合后紡絲再燒結得到了ZnO2的納米纖維。將雞蛋內膜中的蛋白提純后紡絲，并用戊二醛交聯得到具有很好生物仿生性和相容性的材料。
綜上所述，電紡絲不僅可以產生生物性能良好的纖維，而且快速高效。同時，可以通過改變加工條件來控制支架的化學、材料性能，也可以通過對電紡絲分布結構的控制得到各種精細結構。所有這些性能都表明，電紡絲可用于生產組織工程支架材料。相信隨著研究工作的開展和不斷深入，電紡絲將會成為生物醫用功能材料領域最重要的加工方法之一。
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