靜電紡膠原蛋白納米纖維的研究進(jìn)展

韓洪帥 宋秘釗 王彥珍 李家鑫

（1.齊齊哈爾大學(xué)，黑龍江齊齊哈爾，161006；2.寒區(qū)麻及制品教育部工程研究中心，黑龍江齊齊哈爾，161006）

納米纖維因具備尺寸效應(yīng)和表/界面效應(yīng)而廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)用、食品包裝、吸附過(guò)濾、傳感等領(lǐng)域［1-2］，采用靜電紡絲法制備具有成本低廉、生產(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單、工藝可控等優(yōu)點(diǎn)［3］。隨著技術(shù)的發(fā)展，靜電紡絲用原料趨向多元化，如天然高聚物（纖維素、蛋白質(zhì)、多糖等）和合成高聚物（聚乙烯醇、聚己內(nèi)酯、聚乳酸等）。其中膠原（Col）作為蛋白質(zhì)的一種，是天然的生物大分子材料，而且具有良好的生物相容性、低免疫原性、可降解性、可吸收性，在止血、傷口愈合、藥物緩釋載體和組織工程等方面有廣泛應(yīng)用。靜電紡膠原蛋白納米纖維比表面積大，孔隙率高，具有良好的生物相容性，含有大量的活性基團(tuán)、模擬細(xì)胞外基質(zhì)，兼具納米纖維的結(jié)構(gòu)特征和膠原蛋白的化學(xué)特征，是理想的生物醫(yī)用材料，具有良好的發(fā)展前景。應(yīng)用于生物組織工程中的靜電紡納米纖維要具備安全性好和毒性低等特點(diǎn)［4］。膠原蛋白在受到青睞的同時(shí)也存在一些問(wèn)題，比如異種膠原蛋白引起的細(xì)胞免疫反應(yīng)，殘存溶劑以及交聯(lián)劑的毒性問(wèn)題尚未完全解決，膠原蛋白納米纖維材料的應(yīng)用還處于初級(jí)階段［5］，尚未有臨床應(yīng)用的報(bào)道。本研究對(duì)靜電紡膠原蛋白納米纖維的改性方法及其在生物醫(yī)用領(lǐng)域的應(yīng)用技術(shù)進(jìn)展、相關(guān)問(wèn)題作以總結(jié)分析，旨在為該方面的技術(shù)研究工作提供參考。

1 靜電紡絲用膠原蛋白的來(lái)源

膠原蛋白材料來(lái)源豐富，廣泛存在于動(dòng)物組織中，如肌腱、骨骼、皮膚、魚鱗、內(nèi)臟等，而膠原蛋白的提取方法也較多，有酶法、酸法、鹽法、堿法、熱水法等［6-7］。其中鹽法是利用不同類型的膠原蛋白溶于不同濃度的鹽，常用于膠原蛋白的分離純化；熱水法是高溫破壞膠原蛋白中的共價(jià)鍵和氫鍵，導(dǎo)致膠原蛋白變性，常用于明膠的制備。通常使用兩種或兩種以上方法提取膠原蛋白，如酸酶復(fù)合提取法，不僅效率高，而且效果好。

1.1 肌腱

牟玉潔［8］利用酸酶復(fù)合提取法從牛跟腱中提取膠原，用六氟異丙醇溶解膠原后采用靜電紡方法制備納米纖維膜，經(jīng)生物學(xué)評(píng)價(jià)，材料的細(xì)胞毒性為0級(jí)，SEM 結(jié)果顯示細(xì)胞能在膜上黏附伸展，并表現(xiàn)出增殖特征，表明制備的紡絲膜具有良好的細(xì)胞相容性和生物學(xué)特性，同時(shí)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)纖維膜與動(dòng)物血液具有良好的相容性，符合國(guó)家生物醫(yī)藥制品標(biāo)準(zhǔn)。趙林雙［9］以牛肌腱膠原為材料，聚氧化乙烯（PEO）為助紡劑，HFIP和乙酸（1∶1）混合溶液為溶劑，靜電紡制備出不同濃度的膠原/PEO膜，測(cè)得牛肌腱膠原基納米纖維膜具有納米級(jí)纖維結(jié)構(gòu)，能夠模擬人體細(xì)胞間質(zhì)的結(jié)構(gòu)特征，具有較高的細(xì)胞相容性。

1.2 骨組織

甘文梅等［10］用酸酶復(fù)合提取法從牛骨中提取膠原蛋白，經(jīng)戊烷/己烷進(jìn)行脫脂、乙二胺四乙酸脫鈣處理后，采用醋酸和胃蛋白酶提取牛骨膠原蛋白，利用響應(yīng)面法優(yōu)化了提取工藝，發(fā)現(xiàn)牛骨中含有豐富的I型膠原蛋白，可用于醫(yī)療領(lǐng)域。HOU C L等［11］利用羊骨提取膠原蛋白，將其與殼聚糖（CS）共混成膜，結(jié)果表明膠原蛋白與CS形成分子間氫鍵和靜電作用，提高了膜的拉伸強(qiáng)度，而且添加CS后，復(fù)合膜更加光滑、堅(jiān)韌、透明，兩者共混具有良好的抗菌性、成膜性和力學(xué)性能。從動(dòng)物骨中提取膠原蛋白工藝復(fù)雜，膠原提取率和純度都較低，利用骨膠原蛋白進(jìn)行靜電紡絲的研究較少，需要加大對(duì)靜電紡骨膠原蛋白納米纖維膜制備與改性的研究。

1.3 動(dòng)物皮

王彥珍等［12］利用羊皮作為原材料，用鹽酸提取羊皮膠原蛋白，用甲酸/乙酸混合液作為溶劑，利用靜電紡成功制備羊皮膠原蛋白/聚乙烯醇復(fù)合納米纖維膜，其吸水性高，成纖性好，熱穩(wěn)定性較高。DONG B等［13］以牛皮中的膠原蛋白為材料，以六氟異丙醇作為溶劑、磷酸鹽緩沖溶液為良溶劑，制備膠原蛋白納米纖維支架，紅外光譜表明靜電紡絲后膠原蛋白的三重螺旋結(jié)構(gòu)得以保留。

雖然從牛、羊等哺乳動(dòng)物體內(nèi)提取膠原工藝簡(jiǎn)單，膠原含量多，但是哺乳動(dòng)物具有感染和傳播流行性疾病的風(fēng)險(xiǎn)，因此魚類膠原蛋白被認(rèn)為是一種哺乳動(dòng)物膠原蛋白的替代品。王佳冕［14］利用酸酶復(fù)合提取法從林蛙皮中提取膠原蛋白，以六氟異丙醇作溶劑靜電紡制備膠原納米纖維膜，經(jīng)細(xì)胞學(xué)評(píng)價(jià)，其符合人成纖維細(xì)胞的生長(zhǎng)特性，且對(duì)細(xì)胞增殖有一定的促進(jìn)作用，有助于創(chuàng)口愈合。LI D S等［15］以羅非魚皮膠原為材料制備了靜電紡膠原蛋白納米纖維膜，研究得出提取的膠原為I型膠原蛋白，膠原納米纖維材料具有良好的生物相容性和低免疫原性。

1.4 人工合成膠原蛋白

從動(dòng)物組織中提取的膠原蛋白應(yīng)用廣泛，但其難以修飾，并且存在著細(xì)胞免疫的潛在風(fēng)險(xiǎn)，人工重組合成膠原蛋白成為一種新的途徑［16］。類人膠原蛋白是人工重組合成膠原蛋白的典型代表，已成功制備［17］。類人膠原蛋白是將人體膠原蛋白的信使核糖核酸逆轉(zhuǎn)錄成互補(bǔ)脫氧核糖核酸，經(jīng)酶切后的一段基因重組于大腸桿菌內(nèi)，經(jīng)過(guò)高密度發(fā)酵、分離、復(fù)性、純化工藝生產(chǎn)的一種高分子生物蛋白［18］。類人膠原蛋白無(wú)毒無(wú)刺激，零風(fēng)險(xiǎn)，可用于組織工程等醫(yī)用領(lǐng)域。此外，還有人工化學(xué)合成膠原蛋白，KUMAR V等［19］利用36個(gè)氨基酸殘基膠原，模擬多肽自組裝設(shè)計(jì)膠原納米纖維，研究發(fā)現(xiàn)自組裝膠原納米纖維具有三螺旋結(jié)構(gòu)，具有良好的生物兼容性，可以黏附和激活血小板形成凝塊，不引起感染，這種人工合成仿生膠原纖維具有促進(jìn)愈合的作用，可用于止血。

2 靜電紡膠原蛋白納米纖維的改性方法

膠原具有優(yōu)良的生物相容性，可降解可吸收，但天然膠原蛋白力學(xué)性能差、易降解、可紡性低，影響了膠原蛋白納米纖維材料在生物醫(yī)用領(lǐng)域的應(yīng)用。為此，研究人員對(duì)膠原蛋白進(jìn)行改性，以提高其力學(xué)性能、可紡性、熱穩(wěn)定性和彈性模量，常見的膠原蛋白改性方法有交聯(lián)改性和共混改性［20］。

2.1 交聯(lián)改性

交聯(lián)改性是指通過(guò)共價(jià)鍵在膠原分子內(nèi)和分子間結(jié)合實(shí)現(xiàn)提高膠原分子穩(wěn)定性的方法。常采用戊二醛、碳二亞胺、京尼平等化學(xué)試劑對(duì)膠原蛋白進(jìn)行化學(xué)交聯(lián)改性［21］，常采用熱處理法、紫外線法、脫水法等物理方法交聯(lián)改性。

2.1.1 化學(xué)交聯(lián)改性

戊二醛的醛基可與膠原分子的伯氨基形成席夫堿，交聯(lián)后的納米纖維膜拉伸強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性、抗水解能力都有明顯提高。石鑫［22］在仿去上皮羊膜的研究過(guò)程中，首先使用靜電紡技術(shù)制得膠原基納米纖維膜，再采用戊二醛對(duì)復(fù)合薄膜進(jìn)行交聯(lián)，發(fā)現(xiàn)交聯(lián)提高了復(fù)合膜的透明度、彈性模量以及可操作性。但是醛類交聯(lián)劑存在細(xì)胞毒性問(wèn)題，作為膠原蛋白納米醫(yī)用纖維的改性交聯(lián)劑使用存在安全隱患，因此有學(xué)者研究超臨界二氧化碳萃取技術(shù)去除膠原蛋白殘留的戊二醛或其他交聯(lián)試劑，結(jié)果顯示戊二醛濃度降低了95%以上，僅需1 h即可完成；此外CO2處理對(duì)膠原膜的熱穩(wěn)定性影響不大，卻顯著提高了薄膜的硬度和拉伸強(qiáng)度［23］。

碳二亞胺對(duì)膠原蛋白的交聯(lián)是通過(guò)在醛基和氨基之間形成酰胺鍵完成的，而且碳二亞胺能夠促進(jìn)細(xì)胞的黏附增殖。趙新哲等［24］使用靜電紡制備膠原基納米纖維膜，通過(guò)碳二亞胺鹽酸鹽對(duì)其進(jìn)行交聯(lián)改性，結(jié)果表明纖維膜在液態(tài)環(huán)境下浸漬7 d后仍能保持良好的納米纖維形態(tài)，纖維的溶脹率不高于180%；交聯(lián)改性后的纖維膜拉伸強(qiáng)力增加50%，力學(xué)性能得以改善；溶血試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)未對(duì)紅細(xì)胞造成損傷，凝血指數(shù)降低至20%。

京尼平（GP） 可與膠原蛋白的游離氨基發(fā)生席夫堿反應(yīng)，而且GP是梔子苷經(jīng)β-葡萄糖苷酶水解后的產(chǎn)物，是一種優(yōu)良的天然交聯(lián)劑，其毒性遠(yuǎn)低于戊二醛等化學(xué)交聯(lián)劑。LUO X S等［25］采用京尼平（GP）、N-（3-二甲氨基丙基）-N′-乙基碳化二亞胺鹽酸鹽/N-羥基磺基丁二酰亞胺（EDC/NHS）和戊二醛（GTA）作為交聯(lián)劑靜電紡膠原纖維，發(fā)現(xiàn)3種交聯(lián)劑都可以有效地維持納米纖維形態(tài)，改善了干、濕兩種狀態(tài)下的力學(xué)性能，尤其是EDC/NHS交聯(lián)改性后具有較大的極限拉伸應(yīng)力；在細(xì)胞評(píng)價(jià)中，3種改性纖維支持小鼠胚胎成骨細(xì)胞的黏附、擴(kuò)散和增殖，但GTA交聯(lián)改性纖維的細(xì)胞活力相對(duì)較低，而GP交聯(lián)改性纖維的細(xì)胞相容性更高?？梢赃x取京尼平以及碳二亞胺鹽酸鹽類交聯(lián)劑改性膠原蛋白納米纖維膜。

2.1.2 物理交聯(lián)改性

物理交聯(lián)改性膠原蛋白的方法相比于化學(xué)交聯(lián)方法無(wú)毒無(wú)污染，不過(guò)交聯(lián)效果弱一些。趙林雙選取牛肌腱膠原靜電紡絲膜進(jìn)行熱交聯(lián)，研究表明熱交聯(lián)后的牛肌腱膠原靜電紡絲膜纖維直徑變小，力學(xué)性能有較大程度的增強(qiáng)，但是水溶解性能并未有效改善。董鵬飛［26］采用靜電紡絲法制備膠原基納米纖維進(jìn)行藥物可控性釋放研究，對(duì)膠原納米纖維進(jìn)行紫外線交聯(lián)改性，經(jīng)測(cè)試紫外交聯(lián)沒(méi)有破壞纖維的形貌，并且提高了膜的耐水性和拉伸強(qiáng)力，改性膠原納米纖維吸水率較低，比純膠原纖維降低了11.78%，拉伸強(qiáng)度是原來(lái)的兩倍。

2.2 共混改性

膠原蛋白納米纖維作為生物醫(yī)用材料對(duì)缺損組織的修復(fù)、再生及重建有著重要作用，需求量巨大，單獨(dú)紡膠原蛋白納米醫(yī)用纖維已經(jīng)滿足不了應(yīng)用需求，因此開始了共混紡絲研究，即依據(jù)應(yīng)用需求選擇合適的材料與膠原混紡以期滿足使用要求，而且相較于化學(xué)交聯(lián)劑，物理共混安全無(wú)毒，復(fù)合納米纖維材料性能優(yōu)良。

2.2.1 膠原蛋白與天然高聚物共混紡絲

崔新愛(ài)［27］采用靜電紡絲法制備膠原蛋白和絲素蛋白復(fù)合納米纖維支架，發(fā)現(xiàn)最佳復(fù)合比為1∶1，而且絲素蛋白的加入明顯改善了膠原納米纖維的強(qiáng)度和韌性，復(fù)合膜的平均斷裂強(qiáng)度為7.32 MPa，平均斷裂延伸率為3.98%。SIONKOWSKA A等［28］將鼠尾肌腱膠原與殼聚糖共混進(jìn)行靜電紡絲，發(fā)現(xiàn)在成膜過(guò)程中膠原蛋白的羥基、氨基、羧基能與殼聚糖的氨基和羧基形成分子間氫鍵相互作用，而且殼聚糖的氨基在酸性環(huán)境下容易被質(zhì)子化形成氨基正離子并與呈陰離子性的膠原形成靜電作用，力學(xué)性能得到顯著提高，表明膠原和殼聚糖是可混溶的，在分子水平上相互作用形成新的氫鍵網(wǎng)絡(luò)，從而改變了膠原的螺旋特性以及共混物的特性。JELENA R K等［29］選擇80%彈性蛋白和20%膠原蛋白靜電紡納米纖維支架，發(fā)現(xiàn)膠原復(fù)合支架可以促進(jìn)真皮成纖維細(xì)胞的增殖以及提高細(xì)胞遷移率，并且在小鼠皮下植入的耐受性良好，可持續(xù)6周以上，支架支持成纖細(xì)胞浸潤(rùn)、新生膠原沉積和新的毛細(xì)血管形成，有望成為理想的真皮替代物。

2.2.2 膠原蛋白與合成高聚物共混紡絲

林童［30］采用靜電紡制備林蛙皮膠原蛋白和左旋聚乳酸（PLLA）復(fù)合納米纖維膜，發(fā)現(xiàn)隨著PLLA的增加，復(fù)合納米纖維的彈性模量增大，表面張力增加，硬度隨之降低，研究得出復(fù)合膜能滿足人體特殊部位對(duì)創(chuàng)傷敷料的需求。MIOARA D等［31］用靜電紡制備聚對(duì)苯二甲酸乙酯/膠原蛋白復(fù)合納米纖維，研究發(fā)現(xiàn)，與純膠原蛋白納米纖維相比，復(fù)合納米纖維的力學(xué)性能和彈性模量顯著提升，且不具有細(xì)胞毒性。LIN H Y等［32］將聚乙烯醇（PVA）與膠原蛋白復(fù)合后靜電紡制備納米纖維膜，發(fā)現(xiàn)PVA的加入顯著提高了納米纖維的斷裂伸長(zhǎng)率以及斷裂強(qiáng)度，體外生物相容性更好，膠原纖維與聚乙烯醇纖維縱橫交錯(cuò)形成更加穩(wěn)固的纖維網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

隨著生活水平的提高，消費(fèi)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)多元化和個(gè)性化，醫(yī)用膠原產(chǎn)品的市場(chǎng)需求呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。為了進(jìn)一步提高膠原納米纖維的性能，學(xué)者開始將共混紡絲與交聯(lián)改性相結(jié)合，選擇合適的共混材料以及交聯(lián)方法成為研究重點(diǎn)。趙新哲［33］采用天然抗菌劑殼聚糖（CS）、聚環(huán)氧乙烷（PEO）和膠原（Col）三者共混靜電紡Col/CS/PEO納米纖維膜，既滿足止血、透氣、保濕功能，又能阻止細(xì)菌感染、促進(jìn)傷口愈合和防止敷料黏連，然后又將Col/CS/PEO復(fù)合納米纖維膜用EDC/NHS交聯(lián)劑交聯(lián)改性，經(jīng)過(guò)測(cè)試得出納米纖維膜在液態(tài)環(huán)境下結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，拉伸性能、凝血性能及細(xì)胞增殖性能顯著提升。

3 靜電紡膠原蛋白納米纖維的應(yīng)用前景

在國(guó)內(nèi)，一些膠原類生物材料已獲國(guó)家食品、藥品監(jiān)督管理機(jī)構(gòu)的批準(zhǔn)，并應(yīng)用于食品、藥品、美容、止血材料等領(lǐng)域，在國(guó)外該類產(chǎn)品也獲認(rèn)證與批準(zhǔn)。但膠原基納米纖維材料起步晚，缺少臨床試驗(yàn)，在生物醫(yī)用纖維中應(yīng)用較少。靜電紡膠原納米纖維比表面積大，孔隙率高，可降解，可吸收，含有活性基團(tuán)，在止血材料、藥物緩釋載體、生物組織工程支架等領(lǐng)域具有應(yīng)用前景。

3.1 止血材料

3.1.1 醫(yī)用縫合線

KARINA D S等［34］將 聚 乳 酸-羥 基 乙 酸（PLGA）和牛骨膠原蛋白復(fù)合，利用尖端誘導(dǎo)共軛效應(yīng)靜電紡納米纖維紗線，并添加麻瘋樹葉提取物增加其抗菌性，試驗(yàn)顯示所有樣品的活細(xì)胞百分率均在50%以上，抑菌帶在5 mm～10 mm；最佳樣品在浸泡60 d的降解率為82.2%?？梢奝LGA/Col/麻瘋樹提取物復(fù)合紗線安全無(wú)毒，有抗菌止血功能，可作為可吸收外科手術(shù)縫合線。

3.1.2 創(chuàng)傷敷料

尚柯［35］采取添加銀離子靜電紡制備膠原基納米纖維，發(fā)現(xiàn)結(jié)合有抗菌劑的膠原纖維敷料不僅止血時(shí)間短，而且對(duì)幾種代表性的致病菌都具有良好的抗菌效果。JEONG I K等［36］用靜電紡制備膠原蛋白/聚己內(nèi)酯（PCL）復(fù)合納米纖維膜，發(fā)現(xiàn)具備高孔隙率和納米拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的膠原蛋白/PCL納米纖維膜適于細(xì)胞的黏附、生長(zhǎng)、繁殖，大鼠體內(nèi)開放性傷口愈合試驗(yàn)顯示納米纖維膠原蛋白覆蓋創(chuàng)面愈合效果與紗布覆蓋創(chuàng)面相似，而膠原蛋白組早期愈合速度更快。

3.2 藥物緩釋載體

SUNDAR S S等［37］采用靜電紡制備膠原蛋白/聚丙烯酰胺/殼聚糖與抗癌藥物5-氟尿嘧啶復(fù)合物，殼聚糖濃度的增加延緩了藥物從纖維網(wǎng)絡(luò)的釋放，聚丙烯酰胺的加入提高了模型的血液相容性，該復(fù)合材料在腫瘤治療領(lǐng)域具有巨大價(jià)值，可作為腫瘤手術(shù)后治療的藥物傳遞劑和血液接觸生物材料。國(guó)內(nèi)學(xué)者也研究發(fā)現(xiàn)，膠原作為5-氟尿嘧啶藥物的載藥基體，藥物突釋現(xiàn)象明顯減少，增加了藥物的利用率，有效降低了副作用［38］。郭慧文等［39］以膠原和聚氧化乙烯為核層材料，殼聚糖和聚氧化乙烯為殼層材料，采用同軸靜電紡技術(shù)成功制備出核-殼結(jié)構(gòu)納米纖維，并將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的鹽酸環(huán)丙沙星負(fù)載到核層以提供抗菌性能，通過(guò)藥物體外釋放試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，核-殼納米纖維膜負(fù)載藥物釋放緩慢，24 h才釋放約25%，為負(fù)載藥物提供新的方法與思路。

3.3 生物組織工程支架

支架最早出現(xiàn)于20世紀(jì)后期，先后經(jīng)歷了第一代的金屬支架、第二代的藥物涂層支架和最新的生物可吸收支架等不同的歷程，現(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的是第二代藥物涂層支架。而膠原納米纖維支架可降解可吸收，具有模擬細(xì)胞外基質(zhì)的功能，有良好的生物相容性以及低免疫原性，使細(xì)胞能夠黏附在生物材料上進(jìn)行擴(kuò)增，從而達(dá)到修復(fù)組織的目的，同時(shí)三維纖維支架中多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)提高了支架的穩(wěn)定性和細(xì)胞相容性［40］。

3.3.1 骨支架

骨組織的主要成分是膠原蛋白、磷酸鈣和成骨細(xì)胞，當(dāng)骨組織缺損或病變時(shí)需要替換骨組織，其中自體骨移植供給有限且會(huì)造成二次傷害，異體骨有感染疾病風(fēng)險(xiǎn)及免疫排斥等問(wèn)題，因此利用膠原蛋白合成人工骨受到廣泛應(yīng)用。目前臨床試驗(yàn)上利用靜電紡絲法制備膠原類骨支架具有更好的生物相容性及降解性，誘導(dǎo)成骨細(xì)胞的生長(zhǎng)和自體骨的合成。EKAPUTRA A K等［41］成功將豬骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（pBMMCs）包裹在聚ε-己內(nèi)酯（PCL）和膠原納米復(fù)合支架上，可以在纖維網(wǎng)上黏附和增殖，發(fā)現(xiàn)在動(dòng)態(tài)條件下培養(yǎng)這些結(jié)構(gòu)體可增強(qiáng)骨樣組織形成和機(jī)械強(qiáng)度。王思青等［42］用靜電紡絲法制備膠原/PCL/納米鋯酸鈣（n CZ） 和膠原/PCL/納米羥基磷灰石（n HA）復(fù)合支架，與人牙周膜細(xì)胞（PDLCs）共培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)前者復(fù)合支架具有更加優(yōu)良的力學(xué)性能和生物相容性，具備成骨誘導(dǎo)的潛力，而且可以被組織吸收，減少炎癥反應(yīng)。

3.3.2 心臟瓣膜支架

心臟支架要安全無(wú)毒，無(wú)免疫反應(yīng)，同時(shí)具備一定的力學(xué)性能。陳銳［43］利用聚氨酯和膠原蛋白靜電紡復(fù)合納米纖維，從結(jié)構(gòu)和功能上仿生天然心臟瓣膜組織細(xì)胞外基質(zhì)，在改變培養(yǎng)液流速和培養(yǎng)時(shí)間的情況下，細(xì)胞在支架上的黏附繁殖能力較好，結(jié)果表明靜電紡支架可以為細(xì)胞提供一個(gè)良好的生長(zhǎng)空間，外部剪切應(yīng)力不影響細(xì)胞正常生長(zhǎng)。MARIA K等［44］采用靜電紡膠原納米纖作為心臟補(bǔ)片，心肌細(xì)胞在纖維支架上呈現(xiàn)三維生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，用擴(kuò)張型心肌病小鼠進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)支架的生物相容性良好，植入兩周后未見明顯炎癥，抗原性較低。

3.3.3 血管支架

血管移植工程是再生醫(yī)學(xué)的一個(gè)新興領(lǐng)域，JIA W B等［45］制備膠原-透明質(zhì)酸寡糖（Col- HA）納米纖維支架，試驗(yàn)表明，支架能夠促進(jìn)豬髂動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞增殖，具有促進(jìn)血管內(nèi)皮分化潛能，是血管組織工程內(nèi)層支架的較好選擇。IFFA A F等［46］將PLLA、CS和膠原蛋白共混，靜電紡制備血管工程導(dǎo)管，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)管抗張強(qiáng)度大、爆破壓均在原生血管的數(shù)值范圍內(nèi)，符合血管移植材料高血液相容性和低細(xì)胞毒性的要求。

3.3.4 角膜支架

WU Z J等［47］將聚醋酸乙烯酯（PVAc）和膠原蛋白復(fù)合靜電紡絲，以增強(qiáng)膠原蛋白靜電紡絲支架的機(jī)械強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)人角質(zhì)細(xì)胞和人角膜上皮細(xì)胞黏附和增殖良好，定向納米纖維誘導(dǎo)人角質(zhì)細(xì)胞有序生長(zhǎng)，適用于組織工程角膜。

靜電紡膠原基納米纖維在生物組織工程支架中表現(xiàn)出良好的應(yīng)用潛力，試驗(yàn)表明細(xì)胞可以在支架上黏附、增值，而選取合適的膠原基納米纖維支架和生物細(xì)胞發(fā)揮協(xié)同作用尤為重要。但是研究多為體外試驗(yàn)，后期纖維支架試驗(yàn)還需進(jìn)一步優(yōu)化。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著科技的發(fā)展，選用魚類膠原蛋白以及類人膠原蛋白可以降低乃至避免異種膠原蛋白的傳染性疾病以及免疫原性，更適合膠原蛋白納米纖維在生物醫(yī)用領(lǐng)域的應(yīng)用。靜電紡膠原蛋白的溶劑可以選擇類似乙醇/磷酸鹽緩沖溶液的中性鹽溶液，減少對(duì)膠原的破壞以及毒性問(wèn)題。在膠原改性方面，利用膠原蛋白與有機(jī)高分子靜電紡絲制備復(fù)合納米纖維膜，既結(jié)合了膠原的生物相容性、可降解性、低免疫原性，又結(jié)合了有機(jī)高分子優(yōu)異的力學(xué)性能、成膜性，同時(shí)選用低毒無(wú)毒的交聯(lián)改性方法（京尼平、碳二亞胺鹽酸鹽）提高膜的物理性能，可仿天然細(xì)胞外基質(zhì)，在止血、藥物載釋、骨再生、真皮替代物等生物醫(yī)療領(lǐng)域具有發(fā)展?jié)摿?。目前?guó)內(nèi)外利用靜電紡絲技術(shù)制備膠原蛋白納米纖維還處于實(shí)驗(yàn)室階段，工藝參數(shù)以及紡絲設(shè)備還不成熟，工業(yè)化制備較少，膠原納米纖維材料的臨床試驗(yàn)與臨床應(yīng)用缺乏。需要繼續(xù)改進(jìn)靜電紡絲工藝，深入研究膠原基納米纖維的結(jié)構(gòu)調(diào)控，重點(diǎn)研究膠原納米纖維的臨床試驗(yàn)與臨床應(yīng)用，以滿足生物組織工程的需求。