DOI: 10.1021/acssuschemeng.2c05676

静电纺丝聚合物纳米纤维因其高表面积与体积比、高孔隙率、可调节的孔径和纹理以及高度互连的多孔结构而受到极大关注。特别是，可生物降解醋酸纤维素（CA）纳米纤维的电纺丝激发了人们对其各种应用的广泛兴趣，包括药物输送系统、组织工程支架、空气过滤和亲和膜系统。然而，电纺丝过程大多使用有毒有害溶剂和添加剂。本研究使用由碳酸二甲酯和环戊酮组成的绿色溶剂体系开发了电纺CA纳米纤维。使用绿色添加剂，即四丁基溴化铵盐和从蜂蜜酵母中获得的槐糖脂基生物表面活性剂，显著提高了CA溶液的可纺性。纳米纤维直径和多孔结构可通过调节溶剂比例来调整。使用挥发性碳酸二甲酯诱导孔隙生成，纤维射流中的该物质会快速蒸发掉。分子动力学模拟表明，静电纺丝过程可分为三个阶段。生物表面活性剂的加入促进了蒸发过程，提高了纳米纤维的均匀性。此外，可以使用酯酶和纤维素酶降解纳米纤维。总而言之，使用绿色溶剂和添加剂实现了具有可调形态的超细CA多孔纳米纤维的静电纺丝。

图1.使用绿色溶剂和添加剂的CA纳米纤维电纺丝过程示意图，随后是纤维的形态、纹理和生物降解性控制。

图2.用于静电纺丝CA的绿色溶剂的结构和特性（a）。当CA浓度为15%（w/v）时溶剂组成对CA电纺纳米纤维形态的影响。DMC:CPO溶剂组成为100:0（b）、75:25（c）、50:50（d）、25:75（e）和0:100（f），以vol%表示。插图为显示纤维表面的高倍SEM图像。电纺丝过程中DMC和CPO的蒸发速率（g）。在模拟的不同快照时间下，DMC和CPO液滴形状的演变（h）。

图3.盐添加对CA浓度为12.5%（w/v）的CA溶液的电导率（a）和流变性（b）的影响。红色圆圈表示各自聚合物溶液的零剪切粘度（η0），以Pa s表示。具有三种能量贡献（δD、δP和δH）的三维汉森空间的机理图（c）。CA（溶质）是半径为R0的球体的中心，CPO（黄色球体）位于球体内部，DMC（蓝色球体）部分位于半径为Ra的溶质球体内外。

图4.使用75:25（a-e）或25:75（f-j）DMC:CPOvol%溶剂体系，在12.5%（w/v）CA下电纺纳米纤维的SEM图像（i系列），其中TBAB含量为0（a,f）、1（b,g）、2.5（c,h）、5（d,i）和10（e,j）wt%。条形图显示了相应膜的纤维直径分布（ii系列）。TBAB浓度是相对于聚合物含量而言的。SEM插图显示了多孔和光滑纳米纤维表面的高倍放大图像。

图5.当溶剂比和HS槐糖脂生物表面活性剂含量（相对于聚合物含量）不同时，15%（w/v）CA浓度下电纺CA纤维的SEM图像：（a）75:25=DMC:CPOvol%和10wt%HS，（b）25:75=DMC:CPOvol%和10wt%HS，（c）25:75=DMC:CPOvol%和12.5wt%HS，以及（d）25:75=DMC:CPO和15wt%HS。

图6.（a）液滴尺寸（组成原子的数量）；（b）在没有添加剂的情况下，平行和垂直于电场的回转半径；（c）在添加生物表面活性剂的情况下，平行和垂直于电场的回转半径；（d）在不添加生物表面活性剂的情况下，模拟的不同快照时间的液滴形状；（e）在添加生物表面活性剂的情况下，模拟的不同快照时间的液滴形状。Perp.指垂直于电场的半径，而Par.表示平行于电场的直径。

图7.CA和具有不同组成的CA纳米纤维的DSC曲线（a）显示了25至300℃之间的相变（exo表示放热流）；CA和电纺纳米纤维的TGA热谱图（b）显示了降解步骤。原始CA、CA和TBAB以及CA和HS纳米纤维的应力-应变曲线（c）。图像显示了折叠-展开过程中12.5%（w/v）CA 75:25=DMC:CPOvol%+2.5wt%TBAB垫的机械强度（d）。

图8.使用酯酶和纤维素酶对电纺CA纳米纤维膜进行生物降解性试验。（a）聚丙烯纤维膜，（b）12.5%（w/v）CA 75:25=DMC:CPOvol%，（c）12.5%（w/w）CA 75:55=DMC:CPOvol%+2.5wt%TBAB，和（d）15%（w/v）CA 25:75=DMC:CPOvol%+15wt%HS。