DOI: 10.1016/j.actbio.2020.12.032
骨組織工程（BTE）領域的研究重點主要集中在修復那些無法通過自然愈合過程修復的大面積骨缺損。為此，廣泛研究了模仿天然骨細胞外基質（ECM）的合成材料以及多種成分和結構組合的可能性。尤其是，靜電紡絲工藝可以通過在電場下拉伸粘彈性溶液來再現骨ECM的纖維結構。通過這種方法，可以生產具有可調節化學成分的納米/微米級纖維。因此，通過靜電紡絲制備二氧化硅、生物活性玻璃和磷酸鈣等生物活性陶瓷，可以獲得滿足BTE應用的良好性能。本綜述著重介紹了生物陶瓷基纖維的原位合成和同步靜電紡絲，并對每種材料的使用原因及其生物活性進行了分析。從理論和實踐兩方面，對這些材料的合成和靜電紡絲制備進行了詳細闡述。最后，對使用這種無機纖維的不同系統的體外和體內生物活性進行了研究。
圖1.靜電紡絲設置和電場強度的影響。
圖2.制備具有足夠生物活性的可紡硅基生物陶瓷的注意事項。
圖3.有機硅烷酸催化水解和縮合的反應機理。
圖4.電噴涂和電紡二氧化硅溶液。（A）粘度為11mPa.s的TEOS/GPTEOS溶液和（B）粘度為50mPa.s的PEO/TEOS/GPTEOS溶液。
圖5.電紡含Ca的SiO2生物活性玻璃的形態隨溶劑蒸發溶液粘度的變化。SEM圖像（II）以圖I的A至D域命名，該圖給出了靜電紡絲溶液的粘度值。
圖6.由無聚合物溶液靜電紡絲的二氧化硅纖維的SEM圖像。溶膠的粘度值為（a）65mPa.s，（b）102mPa.s，（c）110mPa.s，（d）125mPa.s，（e）145mPa.s，（f）198mPa.s，（g）398mPa.s和（h）981mPa.s
圖7.BTE領域的不同類型含Si基陶瓷的材料：細胞和體內研究。對于電紡纖維，僅給出了無機相的組成（未指定聚合物相）
圖8.（I）用（a）純PLLA膜和（b）PLLA-40％二氧化硅干凝膠混合膜覆蓋大鼠顱骨缺損6周后的顯微計算機斷層掃描圖像。（c）植入膜6周后的骨再生量（*p<0.005，*p<0.001，n=10）。（II）植入膜6周后，染色的（Masson三色和蘇木精-曙紅）骨組織的光學顯微照片：（a）純PLLA納米纖維膜和（b）PLLA-40％二氧化硅干凝膠混合膜。原始文章中沒有標明比例尺；（c）骨再生率（新骨與總缺損面積之比）。箭頭：缺損的邊緣；N：新骨頭；M：膜。
圖9.（A）（a-d）TEOS/PVA海綿的靜電紡絲制備和隨時間變化的3D顯影；（e）石英海綿的宏觀變形；（f和g）所得纖維的SEM圖像，（f）中的插圖為纖維直徑分布直方圖。（B）活/死測定的共聚焦圖像，顯示在（a和c）硅膠膜上分別培養3天和10天，以及在（b和d）硅膠海綿上培養3天和10天的細胞的穿透深度。
圖10.關于載藥硅基纖維藥物累積釋放的文獻結果比較。上圖中的灰色區域在第二個圖中被放大了。以顏色區分圖中所研究的藥物。為了便于閱讀，未繪制誤差線，但可以在原文中找到。還需要注意的是，此圖是藥物累積釋放量與最初負載在纖維上的藥物量百分比的比較。該量取決于每個研究中使用的方案。
圖11.（A）煅燒的生物活性玻璃纖維和（B）由嵌入膠原蛋白基質中的煅燒生物活性玻璃纖維制成的復合材料的實驗膜的SEM觀察。（C）在大鼠顱骨缺損體內植入3周后組織學染色(H&E和Koeneff骨軟骨染色)的光學顯微鏡觀察。使用（a）空白對照和（b-d）膜：（b）膠原蛋白，（c）膠原蛋白-BG，以及（d）膠原蛋白BG-FGF。注釋：“M”代表膜，而“NB”代表新骨。箭頭：缺損邊緣。
圖12.在CaP和周圍生物環境之間的界面上發生的事件的示意圖。該列表并不意味著按時間順序或重要性排序。（1）從陶瓷中溶解；（2）從溶液中沉淀到陶瓷上；（3）陶瓷表面的離子交換和結構重排；（4）從表面到陶瓷中的相互擴散；（5）溶液對細胞活性的介導作用；（6）礦物相（a）或有機相（b）的沉積，未整合到陶瓷表面；（7）沉積并結合到陶瓷中；（8）對陶瓷表面的趨化性；（9）細胞附著與增殖；（10）細胞分化；（11）細胞外基質形成。
圖13.Ca（OH）2-H3PO4-H2O體系中少量CaP相的溶解度等溫線（37℃）。符號：DCPD：二水磷酸氫鈣；DCPA：無水磷酸氫鈣；OCP：磷酸八鈣；β-TCP：β-磷酸三鈣；HAp：羥基磷灰石。
圖14.制備具有足夠生物活性的可紡磷酸鈣溶液的注意事項。
圖15.舉例說明溶液性質和靜電紡絲工藝對靜電紡絲材料形態的影響。（I）不同粘度的PVA-CaP溶膠導致形成（a）光滑的纖維和（b）串珠狀纖維，其粘度分別為1.4和0.1Pa.s（PVA分子量：67500g/mol）；（c）光滑纖維和（d）熔融纖維網的粘度值分別為2.6和0.8Pa.s（PVA分子量：155000g/mol）。（II）調整靜電紡絲參數導致形成銪摻雜羥基磷灰石（a）纖維或（b）微帶。（III）WIPF（水致孔形成）產生的CaHPO4和PLA多孔纖維。
圖16.（I）HA纖維中BSA的累積釋放曲線。在所有靜電紡絲溶液中，PVP濃度保持恒定（25w/v％）。PVP20、PVP15和PVP10分別含有占PVP重量20％、15％和10％的HAp前體。（II）一些HAp纖維的FESEM圖像：在（a）600和（b）800℃下處理的PVP10；（c）在800℃下處理的PVP20。箭頭表示可能的BSA負載位置示例。
圖17.IBU-HAp納米纖維和微帶中Eu3+的光致發光發射強度與布洛芬累積釋放量的關系。
圖18.在HAp陶瓷纖維（命名為“GECP20”）上培養的MC3T3-E1細胞的存活率隨時間的變化。
圖19.（a）HAp和（b）Mg摻雜磷酸鈣在600℃下熱處理后的生物活性涂層的SEM/FIB觀察。
圖20.培養（A）2和（B）10天后的成骨細胞形態和密度。細胞培養是在（a）純TA6V基材上進行的；在（b）600℃和（c）800℃下煅燒的CaP涂覆TA6V基材上進行；在（d）600℃和（e）800℃下煅燒的Mg-CaP涂覆TA6V基材上進行。
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