DOI: 10.1039/D0TB00271B
在過去的二十年里，靜電紡絲已經成為一種使納米技術能夠生產符合各種生物醫學應用需求的納米纖維材料的新興工藝。尤其，治療性/負載細胞的納米纖維支架在藥物遞送、傷口愈合、組織修復和再生等方面得到了廣泛的應用。然而，由于納米纖維支架的孔隙率低、孔徑小、不可注射性和空間控制不準確，人們一直致力于探索納米纖維材料的新形式，包括柔性納米纖維支架、納米纖維氣凝膠、短納米纖維和納米纖維微球。本文簡要綜述了新型納米纖維材料的制備及其在生物醫學領域的潛在應用，并未來的發展方向。
圖1.代表性的傳統3D電紡納米纖維支架。（A）（i）針灸針產生的具有160μm孔的電紡PCL納米纖維墊，（ii）產生的160μm孔的高倍放大圖像。（B）（i）由15層纖維條組成的具有方平組織結構和規則孔的3D納米纖維支架，（ii）由2層纖維條組成的3D納米纖維支架。（C）（i）熒光標記的PCL（紅色）和PEO（綠色）纖維（犧牲纖維）顯示出明顯的排列和散布。（ii）在水溶液中去除PEO納米纖維后殘留的PCL納米纖維。（D）（i）用于生產高孔隙度納米纖維的冷板靜電紡絲技術示意圖。（ii）比較傳統靜電紡絲、鹽浸靜電紡絲和冷板靜電紡絲技術制得的電紡支架。（E）（i）使用球形盤和金屬陣列制作棉球狀電紡支架的方案。（ii）棉球狀3D PCL納米纖維支架。（F）（i）3D雜化支架的照片，（ii）該支架由熔融靜電紡絲產生的微纖維和靜電紡絲產生的納米纖維組成。
圖2.具有高孔隙率和良好排列的新型3D電紡納米纖維支架。（A）通過改進的氣體發泡技術產生的膨脹3D納米纖維支架。（i）示意圖顯示了膨脹PCL納米纖維花生的3D結構。紅色箭頭指示纖維排列的方向。（ii）顯示膨脹前后PCL納米纖維墊形態的照片。（iii）顯示一堆PCL納米纖維花生的照片。（iv）PCL納米纖維花生的厚度分布。（v）膨脹前后PCL納米纖維墊的橫截面結構（Y-Z，X-Z，X-Y平面）。（vi）皮下植入8周后，未膨脹的、3mm厚和10mm厚的PCL膨脹納米纖維支架的H＆E染色。（B）通過CO2降壓技術產生的膨脹3D納米纖維支架。該方法均適用于使疏水性（i）和親水性（ii）聚合物膨脹。（iii）與改進的氣體發泡技術相比，CO2降壓方法可以最大程度地保留負載的香豆素6。（vi）（a）皮下植入1周、2周和4周后，對帶有排列孔的3D膨脹納米纖維支架進行H＆E染色和Masson三色染色。綠點表示細胞過濾區域的邊界。綠色箭頭表示膠原蛋白沉積。
圖3.新興的3D電紡納米纖維支架具有可控的排列。（A）通過熱固定和旋轉膨脹產生的膨脹3D徑向排列的納米纖維支架。（i）一側固定的矩形PCL納米纖維墊的示意圖，固定側垂直于納米纖維的方向。（ii）膨脹的3D徑向排列的納米纖維支架的示意圖。（iii）合成圓柱的照片。（iv）顯示由徑向排列的納米纖維制成的X-Y平面以及X-Z和Y-Z平面的多孔結構的SEM圖像。箭頭指示纖維排列的方向。（B）H＆E染色顯示在膨脹的徑向排列的PCL納米纖維支架中細胞浸潤。（C）通過熱固定和旋轉膨脹產生的膨脹的3D垂直排列的納米纖維支架。（i）一側固定的矩形PCL墊的示意圖，固定側平行于納米纖維的方向。（ii）膨脹的3D垂直排列的納米纖維支架的示意圖。（iii）合成圓柱的照片。（iv）顯示X-Y平面的多孔結構以及X-Z和Y-Z平面的通道結構的SEM圖像。箭頭指示纖維排列的方向。（D）H＆E染色顯示在膨脹的垂直排列的PCL納米纖維支架中細胞浸潤。
圖4.（A）制備混合氣凝膠的四個主要加工步驟及其不同長度尺度結構的示意圖。（B）（i）hMSC負載氣凝膠用于顱骨修復的示意圖。（ii）在兔下頜骨的圓形缺損中植入形狀恢復的SiO2 NF-CS支架的照片，顯示通過微創植入。（iii）骨缺損的二維斷層CT圖像，顯示支架與宿主骨的緊密接觸。（iv）大鼠顱骨缺損術后5周和10周的三維重建CT圖像。紅圈標記手術部位。（v）術后5周和10周的骨體積分數和（vi）骨密度。
圖5.（A）說明肽系納米纖維微球的制備及其應用的示意圖。（B）顯示由PCL:明膠:凝膠（1:0.5:0.5）納米纖維片段組成的納米纖維微球交聯（i，ii）之前和（iii，iv）之后的SEM圖像。（C）共聚焦顯微鏡圖像顯示在成骨分化培養基中培養14天后，接種在PCL:明膠:凝膠（1:0.5:0.5）納米纖維微球上的BMSCs的OPN表達。（D）共聚焦顯微鏡圖像顯示由接種在PCL:明膠:凝膠（1:0.5:0.5）納米纖維微球上的HUVECs與在模擬培養基中長達7天的QK肽共軛物形成的管狀網絡。
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