Page 148 - 南京医科大学学报自然科学版

第43卷第8期
·1182 · 南 京 医 科 大 学 学 报 2023年8月

形和拉伸来形成泰勒锥以合成纳米纤维的方法。 填料进行静电纺丝，前者称为共混静电纺丝 ［11-12］ 。 物颗粒。金属纳米颗粒是具有纳米尺寸的金属 酯 骨架纳米颗粒（zeolitic imidazolate framework⁃ 8
通过调节参数，静电纺丝可以合成几十纳米至几微 TES 合成方法简单，但纳米颗粒的增加可能导致纤 或合金，具有比表面能大、相对惰性、易于表面改性 nanoparticle，ZIF⁃8 NP）释放 Zn ，可发挥抑菌作
2 +
米不等的纤维。电纺获得的纤维膜具有高孔隙率 维直径的变化，且当纳米颗粒添加量较大时可能会 等特点 ［19］ ，在口腔中金纳米颗粒（gold nanoparticls， 用；在疏水 PCL 部分加载他克莫司（FK506），可提
和高比表面积，且纤维间相互缠绕形成 3D 网络，其 出现颗粒的团聚，其可能与表面电荷影响纳米颗粒 AuNPs）和银纳米颗粒（silver nanoparticles，AgNPs） 供有利于成骨过程的微环境，在体外和体内均证
与细胞外基质（extracellular matrix，ECM）相类似，在 的分散性有关。 应用较多。有人利用AgNPs合成抗菌复合材料 ［20］ ， 明可以修复牙槽骨损伤。Abdelaziz 等 ［21］ 也合成了
生物医学、生物工程、制药等领域获得广泛关注 。 1.2.2 同轴电纺（coaxial electrospinning） 也 有 利 用 AuNPs 合 成 GTR 膜 促 进 骨 再 生 的 应 含羟基磷灰石纳米颗粒（hydroxyapatite nanoparticle，
［8］
PCL也因其易操作性和良好的生物相容性成为静电 同轴电纺又称共静电纺丝（co⁃electrospinning）， 用 ［21］ 。 HA⁃NP）和 AgNPs 的 PCL/CS 共 混 电 纺 纤 维 膜 用
纺丝常用的聚合物材料。但不可忽视的是，PCL 因 是使用两个同心对齐的喷嘴，将两种不同液体的同 金属氧化物颗粒也是常见的植入材料，目前 于 GTR 的屏障膜，利用其持续释放银离子发挥
其表面疏水性不利于细胞黏附和机械性能不佳而 轴射流同时流过外毛细管和内毛细管，相同的电压 MgO、ZnO、CeO2等可降解的金属氧化物因其释放的 抑菌作用，并发现低添加量的纤维膜拉伸强度
应用受限。近年来无机材料如生物玻璃、生物陶 施加到两个喷嘴并使液滴变形，在理想情况下，在 金属离子的治疗作用，受到了深入研究。本课题组 获得改善。
瓷、金属基材料等因拥有较高的表面积及释放离 溶剂蒸发和拉伸过程中产生并固结纳米纤维 。核 曾合成含CeO2 NPs的PCL电纺膜，证实其具有良好 3.2 牙体牙髓病
［3］
［9］
［8］
子的能力，被应用于促进成骨 、成血管化 以及 心部分的留存受内外液体的进料速率、两界面之间 的细胞相容性，并能够促进人牙周膜干细胞的成骨 龋齿主要是由于致龋饮食、口腔卫生不良和致
促进创面愈合 ［10］ 。但这些无机材料也存在脆性较 的张力和黏弹力等因素影响。 向分化，是牙周骨再生的候选材料之一 。 龋菌定植产酸，导致釉质和牙本质脱矿，感染进入
［22］
大、低机械性能、缺损部分形态塑造和维持困难等 1.2.3 近场直写静电纺丝（near field directly writing 2.3 二维纳米材料 有丰富干细胞、血管、神经分布的牙髓腔。通过直
缺陷，使其单独使用受阻。因此，将 PCL 纳米纤维 electrospinning，NFDWE） 二维纳米材料（two⁃dimension nanomaterials，2D 接和间接盖髓保护牙髓可以保持牙髓活力和牙齿
与无机材料组合，可以改善亲水性和机械性能，调 传统静电纺丝及同轴静电纺丝均无法精准控 NMs）是指尺寸上仅有长度及宽度，厚度在纳米尺度 功能。有研究开发三氧化二物聚集体（mineral triox⁃
控降解性能，增强生物矿化能力，拓展其在生物医 制纤维尺寸分布和层级，只能在一定程度上调控 可忽略不计的超薄纳米材料，具有其3D对应物所不 ide aggregate，MTA）或HA涂层的PCL静电纺丝膜作
学中的应用，具有良好的应用前景，文章对 PCL 静 纤维的取向性，难以获得所需求的 3D 结构支架。 具备的大比表面积、光学特性、高机械强度等优 为盖髓材料，发现 PCL/MTA 较 PCL/HA 表现出更好
［7］
电纺丝纳米纤维基复合材料在口腔医学中的应用 而近场直写静电纺丝是在低电压条件下减小收集 点。2D NMs 包括石墨烯相关材料、纳米硅酸盐、过 的细胞黏附、扩散和迁移 。
进行综述。 距离，在电纺纳米纤维发生弯曲前通过控制收集 渡金属的二维碳化物/氮化物（carbides and nitrides 3.3 口腔修复及正畸
器的精确平移运动来控制单根静电纺丝纤维的定 of transition metals，MXenes）、过渡金属硫族化合物、 研究表明，利用 PCL/TiO2共混电纺纤维对纯 Ti
1 静电纺丝的原理和种类
点沉积或按预定轨迹沉积 ［13-15］ 。根据聚合物液体 六方氮化硼、金属有机框架等，已被应用于药物递 种植体进行表面改性，不仅改善了细胞相容性，还
1.1 静电纺丝的原理 类型，NFDWE 分为近场直写溶液静电纺丝技术和 送、生物传感、癌症治疗、再生工程等 ［23］ 。Park 等 ［24］ 获得了良好的抗菌特性 ［27］ 。Yuan 等 ［28］ 利用PCL⁃明
纳米纤维是指直径<1 μm 的纤维，可以通过拉 近场直写熔体静电纺丝技术（melt electrowriting， 在 3D 打印的 PCL 支架材料上构建氧化石墨烯（gra⁃ 胶⁃AgNPs 制备复合电纺纤维，并将其制成短纤维，
［3］
伸、模板合成、静电纺丝等方法合成 。静电纺丝是 MEW）。 phene oxide，GO）涂层，发现支架材料能够促进牙周 加入传统正畸胶黏剂用于抗菌、防止正畸治疗导致
合成纳米纤维最为简单和低成本的方法，主要原理 膜干细胞的增殖和成骨向分化。 的牙釉质脱矿。
2 常用于合成PCL复合材料的无机材料
是在注射器的喷头针尖施加高压电场。注射器中 此外，还有多篇文献 ［29-35］ 提及了 PCL 静电纺丝
3 PCL 静电纺丝纳米纤维基复合材料口腔医学中
包含聚合物溶液或熔体材料，由泵控制其流量。当 2.1 生物陶瓷颗粒 的应用 纳米纤维基复合材料在口腔医学中的应用，见表1。
溶液液滴离开针尖时，高压电场引起液滴表面带 自 20 世纪 60 年代以来，生物陶瓷作为金属替
4 小结与展望
电，并发生变形和拉伸，当电场力大于表面张力时， 代物受到生物医学方面的广泛关注。目前包括两 3.1 牙周病
直射与带电射流被喷射出来形成泰勒锥。锥体的 种基本类型：生物惰性陶瓷、生物活性陶瓷。生物 牙周病是由定植在牙齿表面的多种牙周致病 PCL 静电纺丝纳米纤维具有高孔隙率、高比表
伸长形成黏弹性射流，该射流被电场和重力完全拉 惰性陶瓷主要包括氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷等，其 菌引起的混合细菌感染，导致包括牙周膜、牙骨质、 面积、易操作性、良好生物相容性和高药物渗透性，
离尖端。拉力是由射流携带的电荷与外加电场相 主要特点是强度高、化学稳定性好 ［16］ 。已有研究将 牙槽骨在内的牙齿支持组织的破坏，表现为牙龈红 但具有表面疏水性；无机材料拥有较高的表面积及
互作用产生的。在传统的静电纺丝中，射流在到达 Al2O3纳米颗粒作为PCL电纺填料，用于改善纤维的 肿，牙槽骨吸收，牙齿松动。为恢复牙周缺损组织， 释放离子的能力，但存在着脆性大、机械性能低、缺
收集器的途中被进一步拉伸和细化，发生纤维的 弹性模量 ［17］ 。生物活性陶瓷包括生物活性玻璃 临床往往在控制局部感染后使用引导性组织再生 损部分形态塑造和维持困难与不足。将两者结合
延伸和溶剂的蒸发，最终在收集器上发生纤维的 （bioactive glasses，BG）和磷酸钙生物活性陶瓷等。 术（guided tissue regeneration，GTR）。 可取长补短，此类复合材料在口腔医学领域具有广
凝固 。众多参数会影响静电纺丝纳米纤维的形貌 其中磷酸钙生物活性陶瓷的主要成分为 CaO 和 研究利用共混电纺合成掺ZnO和土霉素的PCL 阔的应用前景，可用于治疗牙周炎、牙体牙髓病及
［3］
和性能，如聚合物溶液初始浓度与黏度、溶剂类型、 P2O5，应 用 最 多 的 是 羟 基 磷 灰 石（hydroxyapatite， 电纺纤维膜，发现掺ZnO、掺土霉素以及掺ZnO和土 口腔修复与正畸。但此类材料在口腔医学中的应
电场强度、喷嘴到收集器的距离、溶液进料速率 HA）、双相磷酸钙（biphasic calcium phosphate，BCP） 霉素的纤维膜都对格兰阴性菌有极佳的抑制作用， 用仍存在以下问题：①目前主要通过物理方法结
等。通过改变参数，可以获得不同直径的纤维，其 和磷酸三钙（tricalcium phosphate，TCP）。因其结构 但仅掺 ZnO 的细胞生物相容性更好，且 ZnO 的加入 合，仍难以避免无机材料附着不牢固的缺陷，而两
应用也有所不同。 和组分与人体硬组织相同，也常被用于硬组织引导 减缓了土霉素的爆发性释放，使药物释放时间从10 h 者间的化学结合或许能拓宽其应用；②目前合成的
1.2 静电纺丝的种类 再生 。 延长至 120 h ［25］ 。Sun 等 ［26］ 通过单轴电纺构建新型 PCL静电纺丝纳米纤维复合材料均为2D的膜形式，
［18］
1.2.1 传统静电纺丝（traditional electrospinning，TES） 2.2 金属基颗粒 双相多功能的 Janus 纳米纤维，在亲水聚乙烯醇缩 在临床应用中仍存在空间维持困难、无法解决骨替
TES是通过添加或不添加纳米颗粒作为功能性 金属基颗粒主要指金属纳米颗粒或金属氧化 丁醛酯（polyvinylbutyral，PVB）部分加载沸石咪唑 代材料留存率不高等不足 ［36］ ，因此，静电纺丝纤维