DOI: 10.1002/admi.202000571

电纺双层膜包含两层，一层呈定向排列，另一层为随机排列，该类材料在组织工程中显示出巨大的潜力，但先前的制备工艺不可避免地依赖于手工整合，并且生产出的膜类型有限。在本研究中，开发了一种基于金属-电解质溶液可切换收集器的金属-电解质溶液双模式静电纺丝法（M-ELES），用于制备电纺双层膜。可切换收集器能够以原位方式直接在预先存在的定向纳米纤维层上无规沉积纳米纤维，并通过从金属到电解质溶液收集器的按需切换将各层整合在一起。电解质溶液可以有效地释放沉积纳米纤维的过量正电荷，从而保持无规纳米纤维沉积的效率，该方法的制备速度与传统方法快约2.5倍。M-ELES还可以通过按需切换来控制每一层，从而获得具有多种物理（例如，定向纳米纤维密度）和机械（例如，最大拉伸载荷高达约3N）性能的电纺双层膜。作为一种生物医学应用，使用NIH3T3细胞进行的体外伤口愈合试验表明，该种电纺双层膜可通过定向纳米纤维层的形貌引导来促进伤口覆盖，同时通过随机纳米纤维层提供机械支撑。

图1.a）M-ELES的制备过程。i）基于金属-电解质溶液可切换收集器的静电纺丝设置。ii）SM收集器上的定向纳米纤维。iii）电解液填充。iv）SE收集器上随机沉积的纳米纤维。b）i）沉积在SM收集器上的定向纳米纤维层的照片；ii）填充在SM收集器内的电解质溶液，其中沉积了定向纳米纤维层；iii）在SE收集器上随机沉积纳米纤维后的电纺双层膜；以及iv）制成的电纺双层膜。所有比例尺均为5毫米。c）i）定向纳米纤维层和ii）电纺双层膜的SEM图像。比例尺为10µm。d）手动剥离测试。i）在测试过程中拍照。比例尺为10毫米。ii）剥离后界面区域的SEM图像。比例尺为100µm。

图2.可切换收集器的作用。a）i）SE收集器和ii）SM收集器上随机纳米纤维沉积的时间相关照片。b）电纺双层膜上的静电势测量。ta=0min表示定向纳米纤维层（M10E0）。c）i）电解质溶液放电和ii）由于残留电荷而在沉积纳米纤维和即将形成的纳米纤维之间产生静电排斥的示意图。d）金属毛细管和可切换收集器间电场的数值模拟结果。i）SM收集器形成的整体电场分布。ii）SM收集器周围的集中电场分布；iii）SE收集器上均匀分布的电场；iv）由于沉积的纳米纤维上积累的正电荷，SM收集器上方排斥电场的放大图像。

图3.a）电纺双层膜的厚度取决于沉积时间。b）关于弹性模量的实验和理论（红线）结果。c）关于极限抗拉强度和d）最大拉伸载荷的实验结果。

图4.电纺双层膜的定向纳米纤维层的取向度和纤维密度。a，b）由M-ELES在SM收集器和SE收集器上制备的膜的SEM图像。所有比例尺均为10µm。

图5.用NIH3T3细胞进行的伤口愈合测定。a）伤口愈合测定的荧光图像。在第0、3和6天（活/死染色），M0E5、M5E5、M10E5和M15E5四张膜上的细胞覆盖伤口的情况。比例尺为3毫米。b）对于不同纤维密度的定向纳米纤维层，每天伤口覆盖率的平均值。c）细胞相对于伤口中心方向的定向角（θ）示意图。红色箭头指示伤口中心的方向。d）分别针对i）M0E5（随机）和ii）M10E5（定向）在伤口边缘处的细胞的共聚焦显微镜图像（DAPI，蓝色；鬼笔环肽，红色）。白色箭头指示伤口中心的方向。比例尺为50µm。e）位于伤口边缘处的i）M10E5和ii）M0E5上NIH3T3细胞的长宽比和取向。