DOI: 10.1002/admi.202000571
電紡雙層膜包含兩層，一層呈定向排列，另一層為隨機排列，該類材料在組織工程中顯示出巨大的潛力，但先前的制備工藝不可避免地依賴于手工整合，并且生產出的膜類型有限。在本研究中，開發了一種基于金屬-電解質溶液可切換收集器的金屬-電解質溶液雙模式靜電紡絲法（M-ELES），用于制備電紡雙層膜。可切換收集器能夠以原位方式直接在預先存在的定向納米纖維層上無規沉積納米纖維，并通過從金屬到電解質溶液收集器的按需切換將各層整合在一起。電解質溶液可以有效地釋放沉積納米纖維的過量正電荷，從而保持無規納米纖維沉積的效率，該方法的制備速度與傳統方法快約2.5倍。M-ELES還可以通過按需切換來控制每一層，從而獲得具有多種物理（例如，定向納米纖維密度）和機械（例如，最大拉伸載荷高達約3N）性能的電紡雙層膜。作為一種生物醫學應用，使用NIH3T3細胞進行的體外傷口愈合試驗表明，該種電紡雙層膜可通過定向納米纖維層的形貌引導來促進傷口覆蓋，同時通過隨機納米纖維層提供機械支撐。
圖1.a）M-ELES的制備過程。i）基于金屬-電解質溶液可切換收集器的靜電紡絲設置。ii）SM收集器上的定向納米纖維。iii）電解液填充。iv）SE收集器上隨機沉積的納米纖維。b）i）沉積在SM收集器上的定向納米纖維層的照片；ii）填充在SM收集器內的電解質溶液，其中沉積了定向納米纖維層；iii）在SE收集器上隨機沉積納米纖維后的電紡雙層膜；以及iv）制成的電紡雙層膜。所有比例尺均為5毫米。c）i）定向納米纖維層和ii）電紡雙層膜的SEM圖像。比例尺為10μm。d）手動剝離測試。i）在測試過程中拍照。比例尺為10毫米。ii）剝離后界面區域的SEM圖像。比例尺為100μm。
圖2.可切換收集器的作用。a）i）SE收集器和ii）SM收集器上隨機納米纖維沉積的時間相關照片。b）電紡雙層膜上的靜電勢測量。ta=0min表示定向納米纖維層（M10E0）。c）i）電解質溶液放電和ii）由于殘留電荷而在沉積納米纖維和即將形成的納米纖維之間產生靜電排斥的示意圖。d）金屬毛細管和可切換收集器間電場的數值模擬結果。i）SM收集器形成的整體電場分布。ii）SM收集器周圍的集中電場分布；iii）SE收集器上均勻分布的電場；iv）由于沉積的納米纖維上積累的正電荷，SM收集器上方排斥電場的放大圖像。
圖3.a）電紡雙層膜的厚度取決于沉積時間。b）關于彈性模量的實驗和理論（紅線）結果。c）關于極限抗拉強度和d）最大拉伸載荷的實驗結果。
圖4.電紡雙層膜的定向納米纖維層的取向度和纖維密度。a，b）由M-ELES在SM收集器和SE收集器上制備的膜的SEM圖像。所有比例尺均為10μm。
圖5.用NIH3T3細胞進行的傷口愈合測定。a）傷口愈合測定的熒光圖像。在第0、3和6天（活/死染色），M0E5、M5E5、M10E5和M15E5四張膜上的細胞覆蓋傷口的情況。比例尺為3毫米。b）對于不同纖維密度的定向納米纖維層，每天傷口覆蓋率的平均值。c）細胞相對于傷口中心方向的定向角（θ）示意圖。紅色箭頭指示傷口中心的方向。d）分別針對i）M0E5（隨機）和ii）M10E5（定向）在傷口邊緣處的細胞的共聚焦顯微鏡圖像（DAPI，藍色；鬼筆環肽，紅色）。白色箭頭指示傷口中心的方向。比例尺為50μm。e）位于傷口邊緣處的i）M10E5和ii）M0E5上NIH3T3細胞的長寬比和取向。
