靜電紡絲納米纖維是先進纖維材料，具有優異的柔韌性，相對容易使用，適應性強等特點。然而，電紡納米纖維的最大的局限在于其固有的致密纖維結構，所制備的納米纖維通常為致密的薄膜。近幾十年來，國內外報道了多種制備三維靜電紡絲納米纖維支架的方法，比如短納米纖維組裝、氣體發泡法、三維打印和電噴霧等。然而，這些方法是基于靜電紡絲技術的二次加工，制備工藝復雜。目前，有關直接靜電紡絲技術制備納米纖維三維支架的報道，大多數是通過使用特殊的紡絲溶液或專門設計的收集器來實現的。因此，尋求一種簡單、高效、通用、一步成型的三維靜電紡技術具有重要意義。
最近，東華大學莫秀梅課題組報道了一種通過簡單的共軛靜電紡絲技術制備超輕三維納米纖維海綿的方法。所制備的明膠海綿具有蓬松納米纖維結構，這種獨特的結構使海綿具備低密度、高表面積、大孔徑、可壓縮性和超強的液體吸收能力的特性。為了驗證這種共軛靜電紡絲方法對各種材料的普遍適用性，本研究嘗試了常見的合成高分子聚合物聚乳酸、聚己內酯和天然高分子聚合物絲素蛋白，以及合成高分子和天然高分子聚合物共混。事實證明，所有這些聚合物都可以被電紡成三維蓬松的納米纖維海綿。
圖1. 共軛靜電紡三維明膠納米纖維海綿用于快速止血示意圖。
圖2. 明膠納米纖維海綿的靜電紡絲。（A-C）3D納米纖維海綿制備過程示意圖；（D）高速攝像機記錄納米纖維海綿形成過程的數字圖像。（E）納米纖維海綿形成過程中的代表性照片。
在共軛靜電紡絲過程中，帶電液滴的表面張力一旦被靜電力所克服，就會變成納米纖維射流，并沿直線路徑噴射出一定距離。當納米纖維噴流在電場中加速時，從相反方向帶正電荷和負電荷的納米纖維在初始階段相互吸引。隨后，纏繞的納米纖維被吸引到接地的金屬漏斗上。在如此強的電場作用下，沉積的納米纖維通過靜電感應和極化帶電，并作為新的尖端吸引進來的納米纖維。納米纖維沉積是一個連續的過程，納米纖維海綿上的電荷隨著時間的推移而減少，從而降低了對入射納米纖維射流的凈靜電吸引。納米纖維之間以及集電極與納米纖維之間的排斥力導致了松散的結構。
圖3. 明膠納米纖維膜與海綿的細胞相容性分析。（A）NIH 3T3成纖維細胞在膜和海綿上的活/死染色；（B）MTT法測定NIH 3T3細胞在細胞膜和海綿上的增殖情況；（C）NIH 3T3細胞在膜和海綿上培養的激光共聚焦圖像。
圖4. 三維納米纖維明膠快速止血海綿及其止血機制示意圖。
實驗結果表明，該明膠納米纖維海綿具有良好的細胞相容性、高細胞通透性和低溶血率。大鼠皮下植入實驗顯示，明膠納米纖維海綿具有良好的生物相容性和生物降解性。明膠納米纖維海綿能大量聚集和激活血小板，加速血小板栓塞的形成，并同時激活外在和內在的凝血途徑，共同促進其卓越的止血能力。在兔耳動脈損傷模型和肝臟損傷模型的體內研究表明，明膠納米纖維海綿在最短的時間內形成穩定的血凝塊，失血量最少。因此，認為明膠納米纖維海綿作為可吸收止血劑具有很大的潛力。
本文第一作者為東華大學2018級生物材料專業的博士生謝憲瑞，東華大學莫秀梅教授和吳晶磊博士為共同通訊作者。該工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、上海市科委、東華大學研究生創新基金等項目資助。
論文信息：
Conjugate Electrospun 3D Gelatin Nanofiber Sponge for Rapid Hemostasis
Xianrui Xie, Dan Li, Yujie Chen, Yihong Shen, Fan Yu, Wei Wang, Zhengchao Yuan, Yosry Morsi, Jinglei Wu*, Xiumei Mo*
Advanced Healthcare Materials
DOI: 10.1002/adhm.202100918
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