静电纺丝在组织工程的应用：距离临床转化还有多远？

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2014.12.024

摘要/Abstract

摘要：

背景：静电纺丝是一种制备组织工程支架材料极有前途的技术手段。
目的：综述目前静电纺丝技术在组织工程中的应用进展及其在应用中存在的主要问题。
方法：应用计算机检索Medline数据库、中国知网数据库2000至2013年文章，检索关键词为“静电纺丝，组织工程；Electrospinning，tissue engineering”。
结果与结论：静电纺丝技术制备的纳米纤维无纺布材料，其结构类似于细胞外基质，具有高的比表面积，可控机械性能良好，便于加工，已被广泛应用到组织工程中生物降解材料和高分子聚合物的合成领域。静电纺丝在组织工程中的应用进展快速，尤其所选用的电纺材料或者与不同技术结合的电纺。静电纺丝能将材料的性能与组织的不同形态结构相结合，一系列新的聚合物被成功引入到组织工程支架中作为细胞再生和增殖的基质，然而重要的问题是，如何控制支架与生物系统的相互作用即实现细胞的浸润性生长，如何控制孔隙大小，机械性能，毒性等，在该技术应用到真正实用的生物医学中之前仍然需要进一步研究，尤其是体内研究。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

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关键词: 生物材料, 纳米材料, 静电纺丝, 组织工程, 纳米纤维, 聚合物, 综述

Abstract:

BACKGROUND: Electrospinning preparation for the tissue engineering scaffold materials is an extremely promising technology.
OBJECTIVE: To review the progress of electrospinning technology in different fields and its main problems in the current application.
METHODS: We searched Medline and CNKI databases for articles published from 2000 to 2013 using the keywords of “electrospinning, tissue engineering” in English and Chinese.
RESULTS AND CONCLUSION: The structure of non-woven cloth materials made by this technology is similar to the extracellular matrix, which has high surface area and controllable mechanical properties. Electrospinning materials have been widely applied in the tissue engineering field, especially in the biodegradable materials and high biocompatibility molecular polymer synthesis process. Electrospinning has been developed rapidly in tissue engineering applications, especially in the choice of materials or electrospinning technique combined with different technologies. Different morphological structures and properties of the materials can be well combined by using electrospinning technology. A series of new polymers were successfully incorporated into a tissue engineering scaffold as the matrix for cell proliferation and regeneration, but there are some important issues to be solved, including how to control the interaction between the scaffold and the biological system that is to achieve the infiltrative growth of cells, how to control the pore size, mechanical properties and toxicity. This technology clinically applied in biomedicine still requires further research, especially in vivo studies.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

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Key words: biocompatible materials, static electricity, tissue engineering, polymers

中图分类号:

R318

崔志栋，李冬松，刘建国. 静电纺丝在组织工程的应用：距离临床转化还有多远？[J]. 中国组织工程研究, 2014, 18(12): 1951-1956.

Cui Zhi-dong, Li Dong-song, Liu Jian-guo. Electrospinning technology in tissue engineering: how far is it from the successful application in biomedicine?[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2014, 18(12): 1951-1956.

图/表（结果） 1

2.1 传统静电纺丝技术在合成聚合物和天然聚合物合成中的应用 组织工程原材料的选择依赖于所需支架的类型，再生组织的性质和再生时间。良好的支架材料能够满足特殊应用条件下所需的特定机械性能和降解时间。目前已有多种天然聚合物和合成聚合物通过静电纺丝技术纺成纤维。鉴于对材料提出的这些必备条件，一些新颖的生物材料例如聚己内酰胺，聚乳酸和它们的共聚物曾被被电纺出来。静电纺丝纳米纤维支架最重要的特性是模仿细胞外基质，为神经细胞再生提供合适生长环境，对支架表面修饰后可以通过控制生物化学信号的变化来调控细胞黏附、迁移、增殖等生物学行为^[2]。静电纺丝纳米纤维支架的另一个重要特性是具有高比表面积，这一特性可以使支架携带并释放药物、蛋白、核酸等多种生物化学物质，同时高比表面积增加了细胞和纤维的接触面积，使细胞能更好地吸收这些物质，从而调控细胞生物学行为^[3-6]。另外纳米纤维支架具有高渗透性，有利于营养物质、渗透及细胞摄取和代谢产物排出^[7-8]。Piskin等^[9]回顾了这些聚合物的电纺加工条件，并给出了它们的电纺参数。回顾结果表明：实际上，任一可生物降解和可生物相容的热塑性聚合物电纺已不再是一个难题。通过调整电纺参数，例如电压、电极间的距离、进料速率、聚合物溶液的性质(黏度和导电性)等，大部分热塑材料都能被电纺。许多细胞像间质干细胞、神经干细胞、角蛋白细胞、心肌细胞、软骨细胞、表皮细胞等与电纺后的热塑材料具有良好生物相容性。

与合成聚合物相比，天然聚合物具有较好的生物相容性并能提供细胞吸附和增殖所需的许多有益成分，但很难对它们进行加工，需要对其进行改性才能进行更好的电纺。Skotak等^[10]通过改变壳聚糖的可溶性来改善其电纺的可加工性，这种方法是通过化学改性实现的。壳聚糖衍生物经由开环聚合作用接枝L-乳酸低聚物，这会改善壳聚糖在不同有机溶剂的溶解度及它的降解速率和亲水性，有利于电纺的加工合成。天然聚合物电纺的另一个问题就是这些纳米纤维的一部分需要交联来维持它们的纤维形状。Matsuda等^[11]制备出了非水溶性壳聚糖纳米纤维膜和管，并且用28%氨基酸水溶液交联，该方法提高了电纺材料的热稳定性，并能提升其机械性能。研究者一致认为天然聚合物与合成聚合物与的结合不但有助于改变天然高分子的溶解度还有助于其改性，这种结合能把合成高分子的独特性能与天然高分子的生物功能相结合。壳聚糖本来很难被电纺成纳米纤维，而通过添加一小部分的聚乳酸聚丙基酰胺共聚物就能很容易地电纺^[12]。电纺纤维直径取决于高分子的浓度及壳聚糖与聚乳酸聚丙基酰胺共聚物的混合比例。当壳聚糖与聚乳酸聚丙基酰胺共聚物质量含量之比是1∶2时，在纳米纤维毡上可以观察到最多的细胞增殖。李海滨等^[13]直接从家蚕中部丝腺提取丝胶蛋白与聚己内酯结合起来，制备成综合两者优点的聚己内酯/丝胶蛋白纳米纤维支架，FEK4细胞体外培养显示其在纳米纤维上的黏附情况良好，并且与纤维紧密相连，说明此材料的细胞亲和性良好。

在骨组织工程方面，Kim等^[14]应用明胶-羟基磷灰石纳米电纺纤维模拟人骨基质来引导骨的再生。他们将羟基磷灰石沉淀物与明胶基体冻干，溶入有机溶剂，然后进行电纺。与纯明胶相比，混入了羟基磷灰石的明胶纳米材料能改善骨源性细胞的活性。在组织工程应用中，天然聚合物和合成聚合物的传统静电纺丝技术已相对成熟，对于其相关参数的确定已基本成型，通过该项技术可以将有机合成高分子材料与天然材料相互结合，使合成后的材料具有更加优越的组织工程特性，例如良好的生物相容性，更大的机械强度，便于加工等优点。

2.2 改进的静电纺丝技术在组织工程中的应用 最近，在传统的电纺技术基础上，一些新的电纺技术被开发出来，并应用到组织工程支架制备当中。传统的复合纤维由于两种材料很少能同时溶解于同一溶剂，而同轴电纺技术则解决了这一问题，它不但可以满足不同材料的混合电纺，同时其独特的芯-壳结构为支架提供了更好的机械性能和生长环境，一方面其芯材料可以随着壳材料的降解而逐渐释放，同时也可以用于药物释控的应用。同轴电纺技术不但适用于包囊生物相关性分子和纳米复合物，而且对于电纺纤维的表面改性也非常实用。Sun等^[15]第1次报道用同轴电纺制备了芯/壳结构的纳米纤维。Zhang等^[16]利用这种同轴电纺技术研究纳米纤维涂层对细胞增殖行为的影响。他们制备了涂有胶原的聚己内酯纳米纤维。研究显示聚己丙酰胺上的胶原涂层有利于人表皮成纤维细胞的增殖，并能促进细胞在支架内部的迁移。同济大学的黄争鸣等^[17]采用同轴静电纺丝法，将药物硫酸庆大霉素和白藜芦醇分别作为可生物降解的聚己内酯纳米纤维的核，制备得到的核-壳结构复合纳米纤维有望应用于外科手术的缝合线，伤口包覆材料等(图2-5)。

乳液静电纺丝相对于同轴静电纺丝可控性更好，应用领域更广泛，且在制备含有活性物质、特殊药物及其他功能纤维方面有着特殊的意义。乳液静电纺丝技术是近10 年来发展的制备“芯-壳”超细纤维结构的方法。当外相为疏水的高分子有机溶剂、内相为药物水溶液时，制备所得纤维的疏水外壳能够控制水溶性药物的释放。其特点为只需采用常见的单孔针头即可进行纺丝，但是要加入能使体系较长时间稳定的乳化剂。已有文献报道，乳化剂为离子型表面活性剂，有一定毒性。王浩等^[18]采用生物相容性好且可降解的聚乙二醇嵌段聚ε-己内酯为油包水型乳化剂，借助药物本身的表面活性性质辅助其乳化，制备得到了稳定时间较长的可纺W/O(水包油型)乳液。

无功静电纺丝是另一种改良技术，该技术将静电纺丝和交联同时进行^[19]。Ji等^[19]报道利用无功静电纺丝方法制备了相互交联的透明质酸水凝胶纳米纤维，应用于组织工程支架的制备。利用一种双泵混合技术将甲巯基羟基磷灰石衍生物，3,3-二硫代二(丙酸二酰肼)修饰的羟基磷灰石(HA-DTPH)和聚(乙二醇)双丙烯酸酯相互交联。使交联反应在静电纺丝加工过程中同时发生。经细胞形态学研究观察发现，在吸附了纤维连接蛋白的羟基磷灰石纳米纤维支架上，NIH3T3成纤维细胞能通过纳米纤维网络迁移到支架内部，并在其内部建立精细的三维树枝状的形态结构。

Kidoaki等^[20]首次报道了层层静电纺丝。在层层静电纺丝中，把每种聚合物溶液电纺，形成它们自己单独的一层，接着用相同的目标接收器接收。为了实现引导骨再生膜的机械稳定性，Fujihara等^[21]将复合纳米纤维聚丙基稀酰胺/碳酸钙纺到聚丙基稀酰胺纳米纤维膜上，使材料具有较高的拉伸强度，该材料实际上包含两层膜，即一个功能层和一个机械支持层。用这种方法，细胞在静电纺丝纳米纤维的协助下能均匀一致地组装成多层三维结构，精确控制纤维层的厚度、纤维直径和纤维定位，同样包括生物活性分子进入每层纤维。

通过对传统静电纺丝技术系统的改良来制备有序的纤维结构或排列。在支架上的定位可能会影响细胞增殖，而静电纺丝能很容易地控制细胞定位和组织生长。Lee 等^[22]研究了模拟天然纤维的支架，进一步证实纤维排列的作用。在研究中他们考察了用静电纺丝制备基于聚己内酯/胶原的纳米纤维，作为可植入工程肌的支架系统的可行性。用聚己内酯和胶原的混合物通过静电纺丝制备了不同纤维方向的纳米纤维。人骨骼肌细胞种植到静电纺丝的聚己内酯/胶原纳米纤维网上，并分析细胞黏附、增殖和机构形成。结果显示与随机排列的纳米纤维相比，单方向排列的纳米纤维能显著地诱导肌细胞排列和肌管的形成。

李好义等^[23]研究组发明了一种结合静电纺丝和快速成型技术的新方法，有望为静电纺丝在组织工程中的应用带来新突破，其基本思想就是利用纳米级纤维的静电纺丝设备，结合快速成型中的精密接收装置，获得任意想要的三维立体结构，有望实现对纤维直径、支架孔隙率和孔径、纤维形态的动态实时控制。最近研究报道了一种拓展的静电纺丝技术，即将聚合物溶液与低分子质量金属化合物(或原位生成的低分子质量金属化合物)均匀混合后，先利用静电纺丝制备出以聚合物为载体的纳米纤维，然后用高温烧结去除聚合物载体制备出陶瓷或金属纳米纤维^[24]。

2.3 静电纺丝支架在组织工程应用中的一些关键问题 支架的力学性能是支架设计的一个重要方面。支架的作用不只是为细胞提供生长的表面，还要在有宿主缺陷的地方保持机械稳定性。所谓设计优良的组织工程支架，必须满足两方面的力学要求: 一是在植入体内的过程中必须保持结构的完整性和稳定性；二是在植入体内之后，在组织再生和材料降解过程中必须保持足够的生物力学性能。静电纺丝所制成的支架结构，比大直径纤维形成的支架具有更好的力学性能，而且静电纺丝纤维的纳米结构能有效地促进细胞的接触和渗透，有利于促进细胞生长。

在组织工程中应用静电纺丝支架目前存在的一个主要问题是，如何使细胞在支架内达到浸润性生长。Mobarakeh等^[25]研究了电纺聚己内酯纳米纤维(纤维直径200-1 000 nm)对Vero细胞培养的适应性，结果显示细胞在支架上存在黏附和扩散而无渗入，这种支架只能用在那些只需要保持细胞在纳米纤维毡表面的应用。Ekaputra 等^[26]认为静电纺丝支架普遍存在的问题是，如何在静电纺丝支架与细胞和细胞外基质之间建立有效的交通网络。电纺纤维小尺寸的孔隙限制了细胞的进入，这可能妨碍了静电纺丝材料在组织工程中的应用。他们通过3种不同技术方法制备出3种静电纺丝纤维材料：①选择性的纤维浸沥：用水溶性的聚合物静电纺丝聚己内酯/胶原，聚环氧乙烷，选择性的移除静电纺丝支架中的水溶性聚合物将会增加网孔的体积。②微米大小结构的纤维：静电纺丝微米大小的聚己内酯/胶原，这样预计能增加纤维之间的距离，从而会增加材料的孔隙尺寸。③微纤维与糖胺聚糖水凝胶共沉淀相结合：Heprasil是一种基于化学改性羟基磷灰石和肝素的合成细胞外基质。用Heprasil对微米级的聚己内酯/胶原进行共沉淀然后进行静电纺丝。尽管所有3种支架均支持人成骨细胞系hFOBs的附着和增殖，但只有在微米大小纤维与Heprasil的结合材料中存在显著的细胞浸润性生长。

Moroni等^[27]同样关心细胞在静电纺丝纤维的侵润性生长。为了能提供更好的支架，他们把三维纤维沉积和静电纺丝技术相结合制备组织工程支架，然后评价合成支架在软骨组织工程中的应用。该支架包括整合三维纤维沉积周期的粗纤维和随机的静电纺丝微纤维网络。这种三维纤维沉积支架提供了完整的结构和机械性能，而静电纺丝微纤维网络充当筛析和细胞截留系统。研究显示三维纤维沉积和静电纺丝结合制备的支架，在原代牛关节软骨细胞黏附和增殖期间能截留更高数量的细胞和更高数量的细胞外基质。软骨细胞在三维纤维沉积和静电纺丝技术结合制备的支架中能维持它们的圆形形态，而在三维纤维沉积支架中扩散良好。

Yang等^[28]试图用一种新的方法解决细胞在材料中的浸润生长问题，应用静电纺丝纤维(聚己内酯/胶原)开发了一种原位层层组织传代程序。用这种方法，在静电纺丝纳米纤维的协助下，细胞能均匀一致的组合成多层三维结构。在这种原位层层组织重建过程中，该方法可改变细胞的种植密度，各个细胞层的细胞类型，各纳米纤维层的组成，能精确地控制纤维层的厚度，纤维直径和纤维定位，同样也包括纤维层中纤维内部的生物活性因子，为每个细胞创建一个高度特定的三维微环境。在原位层层-组合的表皮或双层皮肤结构中，观察到有新组织连续形成。应用这种方法能显著减少形成皮肤组织所需要的时间。

另一个问题是如何使支架具有合适的生物力学性能。根据应用，材料的生物力学性能主要包括弹性、抗扭转和压缩性及拉伸强度。植入期间，组织工程支架必须保持结构完整性和稳定性，在组织工程支架降解过程中能提供足够的生物力学支持。一种改善生物力学和机械稳定性的方式是将热处理引入纤维间黏结的支架^[29-30]。然而，这种方法容易引起支架形态改变和尺寸缩减。为了克服这些缺点，静电纺丝中引入聚醚酸F127，这里聚醚酸F127起着重要的作用，它的胶凝作用能防止静电纺丝支架在加工过程的收缩。

同样地功能梯度即显微结构-孔隙率是活组织的重要特性之一，模拟这种特性对制备支架提出了挑战。许多研究团队朝这个目标努力，他们提出了将功能梯度引入到组织工程生物材料设计中的不同方式。Erisken等^[31]利用一种新的混合双螺杆挤出静电纺丝工序制备了包有磷酸三钙纳米微粒的功能梯度PCL无纺毡。这个系统各种固体和液体原材料依据时间给料，并且它们的熔解分散和加压步骤与静电纺丝限制在单一过程的范围内。将MC3T3-E1种植到这种分级支架上并培养，结果显示该混合方法能更好地控制各种成分的分布，包括药物/生长因子的浓度及孔隙率，机械性能，以及在天然组织中创建的复合结构。

对于任何体内应用的组织工程支架，有机溶剂的残留是一个非常关键问题。用水作为静电纺丝媒介替代有毒的有机溶剂是当前的一个研究热点。Du等^[32]揭示了壳聚糖在羧甲基化作用后的水溶性，随后在其他水溶性聚合物中静电纺丝，例如聚乙烯乙醇。热诱导(140 ℃，3 min)的酯化反应使支架产生了分子间和分子内的交联，致使纳米纤维毡不溶于水。而对于非水溶性的聚合物，为了避免使用有机溶剂，则采用了水性乳胶分散的办法进行静电纺丝^[33]。

另一个解决残留有机溶剂毒性的方法是使用熔融静电纺丝。Möller等^[34]提出了熔融静电纺丝，从而开发了用于组织工程的分层组织组成。尽管该工序还没被充分优化，但他们成功静电纺丝了PEO-block-聚己内酯与聚己内酯的混合物，体外培养成纤维细胞显示未导致细胞死亡。

参考文献

[1] 王德诚.静电纺丝的技术进展[J].合成纤维工业,2009,32(2): 42-43.

[2] Plant AL,Bhadriraju K,Spurlin TA,et al.Cell response to matrix mechanics: focus on collagen. Biochim Biophys Acta.2009; 1793(5):893-902.

[3] Luu YK,Kim K,Hsiao BS,et al.Development of a nanostructured DNA delivery scaffold via electrospinning of PLGA and PLA-PEG block copolymers. J Control Release. 2003;89(2):341-353.

[4] De Nicola AF,Labombarda F,Deniselle MC,et al.Progesterone neuroprotection in traumatic CNS injury and motoneuron degeneration. Front Neuroendocrinol.2009;30(2): 173-187.

[5] Li C,Vepari C,Jin HJ,et al.Electrospun silk-BMP-2 scaffolds for bonetissue engineering. Biomaterials. 2006;27(16): 3115-3124.

[6] [Wang YC,Wu YT,Huang HY,et al.Sustained intraspinal delivery of neurotrophic factor encapsulated in biodegradable nanoparticles following contusive spinal cord injury. Biomaterials. 2008;29(34):4546-4553.

[7] Ashammakhi N,Ndreu A,Yang Y,et al.Tissue engineering: A new take-off using nanofi ber-based scaffolds.J Craniofac Surg.2007;18(1):3-17.

[8] Chew SY,Wen Y,Dzenis Y,et al.The role of electrospinning in the emerging field of nanomedicine.Curr Pharm Des.2006; 12(36):4751-4770.

[9] Piskin E,Bolgen N,Egri S,et al.Electrospun matrices made of poly(alpha-hydroxy acids) for medical use.Nanomedicine. 2007;2(4):441-457.

[10] Skotak M,Leonov AP,Larsen G,et al.Biocompatible and biodegradable ultrafine fibrillar scaffold materials for tissue engineering by facile grafting of L-lactide onto chitosan.Biomacromolecules.2008;9(7):1902-1908.

[11] Matsuda A,Kagata G,Kino R,et al.Preparation of chitosan nanofiber tube by electrospinning.J Nanosci Nanotechnol. 2007;7(3):852-855.

[12] Chen F1,Li X,Mo X,et al.Electrospun chitosan-P(LLA-CL) nanofibers for biomimetic extracellular matrix.J Biomater Sci Polym Ed.2008(5):19,677-691.

[13] 李海滨,李林昊,杨力,等. PCL/ SS 纳米纤维支架的制备及相容性研究[J].生物医学工程学杂志,2011,28(2):305-309.

[14] Kim HW,Song JH,Kim HE.Nanoriber generation of gelatin-hydroxyapatite biomimetics for guided tissue regeneration.Adv Funct Biol.2005;15(12): 1988-1994.

[15] Sun ZC,Zussman E,Yarin AL,et al.Compound core-shell polymer nanofibers by co-electrospinning.Adv Mater.2003; 15(22):1929.

[16] Zhang YZ,Venugopal J,Huang ZM,et al.Characterization of the surface biocompatibility of the electrospun PCL-collagen nanofibers using fibroblasts. Biomacromolecules. 2005;6(5): 2583-2589.

[17] 黄争鸣,杨爱昭.将源药包覆到聚己内酯超细纤维的芯部[J].高分子学报,2006,50(1): 48-52.

[18] 王浩,丁怀伟,温梦,等. L-肉毒碱复合聚乙二醇-b-聚ε-己内酯纤维的W/O 乳液电纺制备及表征[J].沈阳药科大学学报,2013, 30(1):1-7.

[19] Ji Y,Ghosh K,Li B,et al.Dual-Syringe Reactive Electrospinning of Cross-Linked Hyaluronic Acid Hydrogel Nanofibers for Tissue Engineering Applications. Macromol Biosci. 2006; 6(10): 811-817.

[20] Kidoaki S,Kwon IK,Matsuda T.Mesoscopic spatial designs of nano- and microfiber meshes for tissue-engineering matrix and scaffold based on newly devised multilayering and mixing electrospinning techniques.Biomaterials. 2004;26(1):37-46.

[21] Fujihara K,Kotaki M,Ramakrishna S.Guided bone regeneration membrane made of polycaprolactone/calcium carbonate composite nano-fibers.Biomaterials. 2005;26(19): 4139-4147.

[22] Choi JS,Lee SJ,Christ GJ,et al.The influence of electrospun aligned poly(-caprolactone)/collagen nanofiber meshes on the formation of self-aligned skeletal muscle myotubes. Biomaterials. 2008;29(19):2899-2906.

[23] 李好义,刘勇,何雪涛,等.应用于组织工程支架制备的电纺技术[J].生物工程学报,2012, 28(1):15−25.

[24] Chronakis IS.Novel nanocomposites and nanoceramics based on polymer nanofibers using electrospinning process: A review.J Mater Process Tech.2005;167:283-193.

[25] Ghasemi-Mobarakeh L,Morshed M,Karbalaie K,et al. Electrospun Poly (ε-Caprolactone) Nanofiber Mat as Extracellular Matrix.Yakhteh Med.2008; 10(2):179-183.

[26] Ekaputra AK,Prestwich GD,Cool SM,et al.Combining electrospun scaffolds with electrosprayed hydrogels leads to three-dimensional cellularization of hybrid constructs. Biomacromolecules.2008;9(8):2097-2103.

[27] Moroni L,Schotel R,Hamann D,et al.3D fiber-deposited electrospun integrated scaffolds enhance cartilage tissue formation.Adv Funct Mater.2008;18(1):53-60.

[28] Yang X,Shah JD,Wang H.Nanofiber Enabled Layer-by-Layer Approach Toward Three-Dimensional Tissue Formation. Tissue Eng A.2009;15(4):945-956.

[29] Choi S,Lee S,Joo C,et al.Formation of interfiber bonding in electrospun poly(etherimide) nanofiber web.Mater Sci. 2004; 39(4):1511-1513.

[30] You Y,Lee SW,Lee SJ,et al.Thermal interfiber bonding of electrospun poly(L-lactic acid) nanofibers.Mater Lett. 2006; 60(11):1331-1333.

[31] Erisken C,Kalyon DM,Wang H.Functionally graded electrospun polycaprolactone and beta-tricalcium phosphate nanocomposites for tissue engineering applications. Biomaterials.2008;29(30):4065-4073.

[32] Du J,Hsieh YL.Facile aqueous synthesis and growth mechanism of CdTe nanorods. Nanotechnology. 2008;19(44): 1-4.

[33] Stoiljkovic A,Ishaque M,Justus U,et al.Preparation of water-stable submicron fibers from aqueous latex dispersion of water-insoluble polymers by electrospinning. Polymer. 2007; 48(14):3974-3981.

[34] Dalton PD, Klinkhammer K,M?ller M,et al.Direct in vitro electrospinning with polymer melts. Biomacromolecules. 2006; 7(3):686-690.

引言

多孔组织工程支架的传统制备方法有纤维黏合法、溶剂浇铸法、颗粒滤粒法、熔融法、膜材层压法、相分离法、气体发泡及快速成型法等。这些方法的主要问题是难以产生高孔隙率，同时不能模拟天然细胞外基质的结构。近10年，由于纳米技术的快速发展，利用聚合物构建多孔组织工程支架的静电纺丝技术获得了极大的关注^[1]。

在静电纺丝进程中，高电场被应用到从管芯尖端出来的液体(聚合物溶液/熔化物)的微滴上，充当一个电极，电场导致微滴变形，形成所谓的“泰勒锥”，并最终使带有电荷的射流从尖端喷射出来(图1)。射流朝着对应电极逐渐加速，形成连续性的纤维。静电纺丝产生松散关联的三维孔隙的毡，具有高孔隙率和高比表面积，在尺寸和化学结构(决定于选取的原料)上类似于细胞外基质的结构。因此，这些毡在组织工程中是极好的替补材料。其优点有容易加工，能够进行大规模生产，容易功能化改造，还能提供先进的静电纺丝模式，例如同轴静电纺丝等；还可以通过改变静电纺丝装置，使材料的性能与不同的形态结构相结合。关于静电纺丝在组织工程的应用，可以把它们主要分成两类：构建类似于天然细胞外基质物理尺寸的不同生物材料的无纺毡，也就是具有纳米尺寸的几何形态的无纺毡；改变静电纺丝参数或静电纺丝材料达到提高生物性能的目的。

文章重点回顾静电纺丝在组织工程应用领域中的进展，包括：合成聚合物，天然聚合物及两者的混合物的传统静电纺丝；改进的静电纺丝技术在组织工程中的应用；静电纺丝支架在组织工程应用中的一些关键问题及迄今所采取的应对措施。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程
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