DOI: 10.1039/D0TB00271B

在过去的二十年里，静电纺丝已经成为一种使纳米技术能够生产符合各种生物医学应用需求的纳米纤维材料的新兴工艺。尤其，治疗性/负载细胞的纳米纤维支架在药物递送、伤口愈合、组织修复和再生等方面得到了广泛的应用。然而，由于纳米纤维支架的孔隙率低、孔径小、不可注射性和空间控制不准确，人们一直致力于探索纳米纤维材料的新形式，包括柔性纳米纤维支架、纳米纤维气凝胶、短纳米纤维和纳米纤维微球。本文简要综述了新型纳米纤维材料的制备及其在生物医学领域的潜在应用，并未来的发展方向。

图1.代表性的传统3D电纺纳米纤维支架。（A）（i）针灸针产生的具有160μm孔的电纺PCL纳米纤维垫，（ii）产生的160μm孔的高倍放大图像。（B）（i）由15层纤维条组成的具有方平组织结构和规则孔的3D纳米纤维支架，（ii）由2层纤维条组成的3D纳米纤维支架。（C）（i）荧光标记的PCL（红色）和PEO（绿色）纤维（牺牲纤维）显示出明显的排列和散布。（ii）在水溶液中去除PEO纳米纤维后残留的PCL纳米纤维。（D）（i）用于生产高孔隙度纳米纤维的冷板静电纺丝技术示意图。（ii）比较传统静电纺丝、盐浸静电纺丝和冷板静电纺丝技术制得的电纺支架。（E）（i）使用球形盘和金属阵列制作棉球状电纺支架的方案。（ii）棉球状3D PCL纳米纤维支架。（F）（i）3D杂化支架的照片，（ii）该支架由熔融静电纺丝产生的微纤维和静电纺丝产生的纳米纤维组成。

图2.具有高孔隙率和良好排列的新型3D电纺纳米纤维支架。（A）通过改进的气体发泡技术产生的膨胀3D纳米纤维支架。（i）示意图显示了膨胀PCL纳米纤维花生的3D结构。红色箭头指示纤维排列的方向。（ii）显示膨胀前后PCL纳米纤维垫形态的照片。（iii）显示一堆PCL纳米纤维花生的照片。（iv）PCL纳米纤维花生的厚度分布。（v）膨胀前后PCL纳米纤维垫的横截面结构（Y-Z，X-Z，X-Y平面）。（vi）皮下植入8周后，未膨胀的、3mm厚和10mm厚的PCL膨胀纳米纤维支架的H＆E染色。（B）通过CO2降压技术产生的膨胀3D纳米纤维支架。该方法均适用于使疏水性（i）和亲水性（ii）聚合物膨胀。（iii）与改进的气体发泡技术相比，CO2降压方法可以最大程度地保留负载的香豆素6。（vi）（a）皮下植入1周、2周和4周后，对带有排列孔的3D膨胀纳米纤维支架进行H＆E染色和Masson三色染色。绿点表示细胞过滤区域的边界。绿色箭头表示胶原蛋白沉积。

图3.新兴的3D电纺纳米纤维支架具有可控的排列。（A）通过热固定和旋转膨胀产生的膨胀3D径向排列的纳米纤维支架。（i）一侧固定的矩形PCL纳米纤维垫的示意图，固定侧垂直于纳米纤维的方向。（ii）膨胀的3D径向排列的纳米纤维支架的示意图。（iii）合成圆柱的照片。（iv）显示由径向排列的纳米纤维制成的X-Y平面以及X-Z和Y-Z平面的多孔结构的SEM图像。箭头指示纤维排列的方向。（B）H＆E染色显示在膨胀的径向排列的PCL纳米纤维支架中细胞浸润。（C）通过热固定和旋转膨胀产生的膨胀的3D垂直排列的纳米纤维支架。（i）一侧固定的矩形PCL垫的示意图，固定侧平行于纳米纤维的方向。（ii）膨胀的3D垂直排列的纳米纤维支架的示意图。（iii）合成圆柱的照片。（iv）显示X-Y平面的多孔结构以及X-Z和Y-Z平面的通道结构的SEM图像。箭头指示纤维排列的方向。（D）H＆E染色显示在膨胀的垂直排列的PCL纳米纤维支架中细胞浸润。

图4.（A）制备混合气凝胶的四个主要加工步骤及其不同长度尺度结构的示意图。（B）（i）hMSC负载气凝胶用于颅骨修复的示意图。（ii）在兔下颌骨的圆形缺损中植入形状恢复的SiO2 NF-CS支架的照片，显示通过微创植入。（iii）骨缺损的二维断层CT图像，显示支架与宿主骨的紧密接触。（iv）大鼠颅骨缺损术后5周和10周的三维重建CT图像。红圈标记手术部位。（v）术后5周和10周的骨体积分数和（vi）骨密度。

图5.（A）说明肽系纳米纤维微球的制备及其应用的示意图。（B）显示由PCL:明胶:凝胶（1:0.5:0.5）纳米纤维片段组成的纳米纤维微球交联（i，ii）之前和（iii，iv）之后的SEM图像。（C）共聚焦显微镜图像显示在成骨分化培养基中培养14天后，接种在PCL:明胶:凝胶（1:0.5:0.5）纳米纤维微球上的BMSCs的OPN表达。（D）共聚焦显微镜图像显示由接种在PCL:明胶:凝胶（1:0.5:0.5）纳米纤维微球上的HUVECs与在模拟培养基中长达7天的QK肽共轭物形成的管状网络。