生物可降解材料在静电纺丝中的应用

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1、生物可降解材料在静电纺丝中的应用在生物材料中，合成高分子材料因其良好的物理性能，一定的生物相容性及易加工成型性、生产重复性好等特点，在生物医用领域占绝对优势。其中，生物可降解材料最引人注目。目前在生物医学领域应用占绝对优势的是生物降解性高分子，如聚羟基乙酸(PGA)、聚乳酸(PLA)、聚己内酯(PCL)、聚丁二酸酯(PBS)、聚β-羟基丁酸酯(PHB)、聚氨酯(PU)等，这些高分子材料都已经通过静电纺丝制备成纳米纤维，用于组织工程支架材料、新型药物释放载体以及纳米模板材料等领域。1聚羟基乙酸(PGA)PGA，又称聚乙醇酸，是一种最简单的脂肪族聚酯，为半晶、疏水性高聚物，结晶度大于50%，熔融温

2、度T[1]m为224-226℃，玻璃化转变温度Tg为36℃。在微生物或生物体内酶或酸、碱的促进下水解，最终形成二氧化碳和水，同时有很好的组织相容性。作为结构最简单的线型脂肪族聚酯PGA是体内可吸收高分子最早商品化的一个品种，早在1970年，PGA医用缝合线已经商品化，商品名叫Dexon[2]。不久杜邦公司发展了PGA的同系物PLA，1975年又出现了商品名为“Vicyrl”的体内可吸收缝线，它由乙交酯和丙交酯的无规则共聚物PGLA熔融纺丝制得[3]。在PGA、PLA和PGLA中，PGA的降解速度最快，PGLA居中，PLA最慢。目前已经商品化的PGA纤维都是采用熔融挤出的方法获得，利用静电纺丝来

3、制备PGA纳米纤维有两个困难，首先PGA的熔点较高和热可降解性，使其难以采用熔体静电纺丝方法制得；其次PGA不溶于常规的有机溶剂，溶液的纺丝溶剂可选择范围窄，难以寻找到合适的溶剂。但这个问题目前已经得到解决，Boland等[4]采用六氟异丙醇为溶剂，对PGA进行了溶液静电纺丝，改变溶液浓度，可得到直径在200~1500nm的PGA纤维。他们采用酸处理使PGA纤维表面的酯键水解为羧基和羟基后，用于细胞培养考察其生物相容性，发现其比原始的PGA纤维更能促进细胞在其纤维表面的黏附。吉林大学崔巍巍等[5]采用静电纺丝方法制备纳米银/二甲基砜/PLGA抗菌人工敷料。通过测试表明，该敷料内部纤维呈交叉的网

4、格状结构，互相连结。当n-Ag质量分数达到1%以上时，敷料对革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌和革兰氏阴性大肠杆菌具有良好的抗菌活性。细胞实验结果表明，这种敷料有助于细胞的生长和增殖。因此，该敷料具有良好的细胞相容性和抗菌性能。2聚乳酸(PLA)聚乳酸是一种聚羟基酸，其原料乳酸是乳酸杆菌产生的一种碳水化合物，可由玉米、甜菜等经发酵、蒸馏获得。聚乳酸作为一种生物原料制品，具有很好的生物降解、生物相容性、可吸收性；同时PLA具有较高的熔点(178℃)和较高的玻璃化转变温度(58℃)，抗热性高，使聚乳酸成为研究和应用最广泛的生物降解材料。PLA是具有两种立体异构体的手性分子，存在有4种不同形态[6]，即PL

5、LA、PDLA、D,L-PLA（又称PDLLA）和meso-PLA。其中PLLA和PDLA由于较好的力学强度而常用作医用缝合线，无定形高分子D,L-PLA常用于药物控释载体，meso-PLA的应用较少。乳酸在结构上比乙醇酸多出一个甲基，使PLA更加疏水，且降解速度减慢。考虑到PLLA的熔点较高，以及无定形PDLLA纤维的成形，大多PLA的研究主要集中在PLA的溶液静电纺丝。由于PLA具有良好的生物学特性，PLA纳米纤维在组织工程和药物控释等领域的应用引起了研究者广泛的兴趣。Zong等[7]用无定形的PDLA和半结晶的PLLA静电纺丝法制备了可生物吸收的无纺布纳米纤维膜，发现溶液浓度和盐的加入对

6、纤维直径影响比较明显。Wan-JuLi等[8]对聚乳酸-聚乙交酯共聚物(PLGA)制备的电纺纤维进行了研究，发现电纺纤维的形态结构与天然细胞外基质很相似。他们制备的PLGA电纺纤维，孔隙率达90%以上，大多数孔的尺寸在25~100um的范围内，提高了材料的细胞渗透性，为细胞生长提供了更多的结构空间，有利于支架与环境之间的营养交换及新陈代谢，是理想的组织工程支架材料。KataphinanWoraphon等[9]利用静电纺丝在聚乳酸及其共聚物内载入多种药物,制备了比表面积大、载药量高、孔隙率高而利于被遮盖的皮肤表面与大气交换空气和水分的皮肤贴膜和皮肤保护膜。Xie[10]等以氯仿/甲醇混合体系为溶

7、剂，将药物四环素和金霉素载入静电纺PDLLA纳米纤维中。两种药物表现出截然不同的释放行为：随着溶剂中甲醇用量的提高，金霉素释放速度变慢，而四环素的释放速度加快，但金霉素的总体释放量要高于四环素，说明静电纺PLA纤维可用于药物控制释放。当然，静电纺丝法制备聚乳酸纳米纤维也面临一些问题：电动力学及其与聚合物流体的关系尚不明确，需要深入研究；产量很低；得到的纤维力学强度不够；有待进一步提高[11]。3聚