DOI: 10.1021/acsnano.0c03981

再生工程作为一种成功的策略，通过融合多个领域的专业知识，实现复杂组织和生物器官的再生。这种创新的突破性方法刺激了人们对具有独特生物识别特性的生物材料的更多选择性需求。理想的生物材料能够很好地模拟天然组织细胞外基质（ECM）的分层结构和特征。纳米制备技术为纳米纤维支架的开发提供了极好的跳板，该支架可以在直接的细胞环境中产生积极的相互作用，并在分子水平上刺激特定的再生级联反应，从而产生健康的组织。本文系统综述了静电纺丝技术及其在基于基质的再生工程中的应用，主要集中于肌肉骨骼组织。此外，还简述了静电纺丝/3D打印系统的双重性，并对纳米纤维基质的技术前景和未来方向进行了探讨。

图1.在不同的骨骼肌肉组织中发现的胶原蛋白纳米纤维的组织。肌腱和韧带组织由单轴排列且呈波浪形的胶原蛋白纳米纤维组成。胶原纤维在肌腱到骨的插入部位表现出从定向到随机的取向，在弯月面和纤维环中呈圆周排列。软骨组织中的胶原纤维呈分层排列。

图2.（A）显示骨骼的层次化宏观结构构造和骨的圆柱形结构以及胶原蛋白的微结构/纳米结构。（B）细胞-纳米纤维相互作用的示意图，显示了在整合素的帮助下细胞骨架对纤维的附着。纤维的各向异性排列和排列会影响细胞的形态，并且当细胞与基质的柔软区域接触时，细胞会显示收缩，因此基质的硬度会调节细胞的迁移（趋硬行为）。

图3.带有静态收集器和旋转收集器的静电纺丝工艺示意图。随机取向的纳米纤维被收集在静态收集器上，而滚筒则产生单轴排列的纳米纤维。

图4.同轴、混合和多层静电纺丝系统的图解说明。（A）同轴静电纺丝，涉及通过内外针同轴喷丝头挤出两种不同的聚合物溶液，（B和C）同轴电纺纳米纤维的透射电子显微镜图像，（D）中空纳米纤维的微观视图。（E）分别使用混合和多层静电纺丝工艺制备的混合和多层纳米纤维。

图5.定向至随机取向的电纺纳米纤维。（A）用于制备定向至随机纳米纤维支架的实验装置，（B）SEM图像显示了随机和单轴排列的PLGA，左侧为随机取向，而右侧为定向排列，（C-D）具有高放大倍数的无规和定向纤维视图，（E-G）定向和无规纳米纤维支架的机械性能。定向纳米纤维具有较高的模量和极限应力。

图6.纤维直径对支架细胞活性和机械性能的影响。（A）不同直径的纳米和超细纤维的SEM图像，（B）支架上的活/死细胞活力测定，（C）细胞长径比的时间依赖性变化。（D）细胞增殖随培养时间的变化，（E）拉伸性能随直径的变化。

图7.PLLA的电纺纳米纤维。（A）定向纳米纤维和（B）随机取向纳米纤维支架的SEM图像，（C-F）纳米纤维诱导组织形成的苏木精-伊红染色组织学研究，（G-J）Masson三色染色显示在定向和随机纤维支架上形成胶原纤维。

图8.3D打印和静电纺丝技术的融合。（A）在打印过程中，在适当的层上进行静电纺丝制备具有网孔（15s、30s、45s和120s的网孔密度）且均匀分布的双尺度支架。（B）3D打印支架和具有电纺纳米纤维的双尺寸支架的SEM图像。在打印过程中将纳米纤维直接电纺到支架上，可获得双尺寸支架（比例尺=300μm）。（C）3D打印支架和3D复合支架的照片和SEM图像。通过将分散的纳米纤维注入3D打印支架网孔中（比例尺=1mm）可获得复合支架。

图9.显示将生物活性分子整合到纳米纤维中的不同修饰方法的示意图。（A）通过等离子体处理，（B）通过表面接枝聚合固定生物活性分子，（C）基底和生物活性剂的共同静电纺丝。

图10.制备三维（3D）电纺纳米纤维支架用于大鼠颅骨缺损模型的骨组织再生。