电纺丝在生物医用功能材料中的应用
时间:2005-05-31
胡平 张璐 齐宏旭 王琳纲
北京市清华大学化工系高分子研究所，100084 Email: hspinghu@mail.tsinghua.edu.cn
摘要：电纺丝作为一种简单而且直接制备超细聚合物纤维的方法，因其制得的材料具有很好的生物相容性和结构相容性，所以被用于生物医用领域，特别适于制备组织工程支架。本文着重阐述了电纺丝在生物医用功能材料中的应用，以及我们的部分研究工作。
生物医用材料近年来发展很快，已经得到诸多应用。依据生物体对材料的结构特性和生物特性的要求，纤维状材料具有广泛的应用前景，并有仿生化，微细化的趋势。因此，电纺丝作为一种简单而且直接制备超细聚合物纤维的方法，制备出的无纺布具有很好的生物相容性和结构相容性，已经在组织工程支架、药物释放、表面敷料、保护隔离等方向上得到了应用。通过对材料加工过程的调控，可以实现电纺丝材料在结构、形貌、组分和功能上满足生物医用功能材料的要求。
1，电纺纤维结构功能化。电纺纤维通常具有纳米级直径，比表面积大，而且均一性高。接收电纺丝，得到纤维交错编织成的无纺布。这种无纺布在微观结构上既可以是纤维的取向排列，也可以是按照一定规律编织成的网状结构。纤维的密集程度和直径的大小决定了无纺布中孔的大小和孔隙率的高低。电纺纤维的这些结构特点使得材料不仅具有一定的力学性能，而且具有很好的生物仿生性，满足了组织工程支架对材料的细胞黏附性和膜渗透传质作用的要求。
2，电纺纤维形貌功能化。电纺丝法制备的材料的宏观形状主要取决于接收装置的形状。因此，可以方便的改变接收装置来得到各种复杂形状的电纺丝材料。例如，使用柱型旋转接收器，我们可以直接得到血管组织工程需要的不同直径管状支架材料；利用平板接收器，可以得到皮肤组织工程需要的膜状支架材料。
3，电纺纤维组分功能化。电纺丝是依靠电场力的作用完成的，过程简单，条件温和。因此，我们可以将很多常规药物甚至蛋白质分子加入到纺丝液中，在纺丝过程中使药物均匀分散到聚合物纤维中，从而有效避免了活性成分的变性失效。而且，通过改变制备条件影响材料的结构，达到控制药物释放量和速率的目的。在同一个纺丝过程中不断变化纺丝液的组成，易于实现多层梯度材料的制备，满足对组织微观结构的仿生要求。
4，纺丝过程的优化调控。作为一种聚合物的加工成型方法，电纺丝过程中诸如：电场强度，纺丝液浓度，接收装置的形状和位置，溶剂的选择等参数直接影响了制备的材料的结构与性能。因此，优化纺丝过程参数可以达到对材料结构的调控，从而满足不同领域对性能的要求。
我们小组通过对电纺丝的研究，用不同聚合物体系成功制备出管状和膜状支架材料，并对结构进行优化调控。利用多组分的混合和单组分交替纺丝制备出常规药物和生长因子的缓释体系。同时，将聚苯中间体先加工成型再反应，解决了聚苯因为不溶不熔造成的加工困难的问题。将ZnO2前驱体与聚合物溶液混合后纺丝再烧结得到了ZnO2的纳米纤维。将鸡蛋内膜中的蛋白提纯后纺丝，并用戊二醛交联得到具有很好生物仿生性和相容性的材料。
综上所述，电纺丝不仅可以产生生物性能良好的纤维，而且快速高效。同时，可以通过改变加工条件来控制支架的化学、材料性能，也可以通过对电纺丝分布结构的控制得到各种精细结构。所有这些性能都表明，电纺丝可用于生产组织工程支架材料。相信随着研究工作的开展和不断深入，电纺丝将会成为生物医用功能材料领域最重要的加工方法之一。
参考文献：
1胡平 张璐 方壮熙 杨东芝，电纺丝及其在生物医用材料中的应用，第三届功能性纺织品及纳米技术应用研讨会论文集
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