静电纺丝设备:具有非对称表面润湿性的功能性静电纺丝Janus敷料

  • 发布时间:2024.12.03
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一、研究背景

Janus”这个词来自罗马神话中的一位神,他被描述为有两张面向相反方向的脸,一张面向过去,另一张面向未来。因此,“双面”材料是指两侧结构或成分不同的不对称材料。狭义的两面膜通常是指两面润湿性相反的材料,即材料的一面是亲水的,另一面是疏水的。这种结构赋予了材料单向润湿的特性,即液滴可以从疏水层被润湿到亲水层,但不能从亲水层转移到疏水层。定向引流既能满足创面渗出物管理功能,又具有不同层功能分类设计的优势,在创面治疗中具有独特的优势。而纱布、海藻酸盐等传统敷料,无论液体接触到哪一侧,都容易使敷料两侧湿润,无法实现液体的单向输送。

迄今为止,已经通过各种方法制备了具有Janus结构的敷料(表S1)。通过静电纺丝设备制备的电纺丝工艺简单,材料选择广泛,结构可控性能强,被认为是制备Janus结构的一种很有前途的方法。静电纺丝制备的创面敷料具有良好的促进创面愈合的性能。首先,纳米纤维的高孔隙率和小孔径保证了气体交换和透湿性,同时也可以抵抗外界病原体的入侵。其次,具有大表面积的纳米纤维有利于为细胞提供更多的生长位点。第三,电纺丝纳米纤维的微观结构可以很好地模仿天然皮肤器官细胞外基质(ECM)中蛋白原纤维的结构,为细胞愈合和组织再生提供微环境。第四,静电纺丝技术还可以作为药物载体,装载各种生物活性和治疗性药物,提高创面愈合效率和再生效果。因此,利用静电纺丝技术制备双面结构敷料近年来受到越来越多的关注。

本文综述了基于静电纺丝技术的Janus敷料的研究进展。特别是对抗菌、抗炎/抗氧化、血管生成、刺激反应、伤口监测、电刺激和止血等高级功能进行了分类和讨论(图1)。希望本文综述能够为功能性敷料的构建提供见解。

基于静电纺丝的Janus敷料

1.基于静电纺丝的Janus敷料的应用。

 

二、摘要

具有非对称润湿性的Janus结构具有独特的单向水输送特性,可用于管理伤口中的水分,并随后帮助伤口愈合。通过静电纺丝设备制备的电纺丝可以灵活控制纳米纤维的厚度和孔径,通过选择不同的润湿性材料,可以以高度可控的方式制备出所需的Janus敷料。利用静电纺丝技术制备Janus敷料正受到越来越多的关注。然而,对功能性Janus敷料的全面回顾是缺乏的。介绍了静电纺丝法制备Janus敷料的方法,讨论了液体输运机理及影响因素。对Janus结构敷料结合抗菌、抗炎/抗氧化、血管生成、刺激反应、伤口监测、电刺激、止血等功能进行了总结和讨论。最后,本综述指出了未来研究的挑战和建议。

 

三、结论

由于其独特的流体管理能力,近年来在医用敷料中得到了广泛的关注和迅速的发展。电纺丝膜具有与皮肤外膜形态相似的特点,被认为是一种很有前途的敷料。通过静电纺丝技术制备的Janus敷料,将其各自的优点协同结合,产生了许多传统敷料无法达到的优越性能。静电纺丝工艺可以灵活控制纤维直径、膜厚和孔隙,有利于Janus膜的制备。本文讨论了基于静电纺丝的Janus润湿非对称结构的制备方法。特别注意了膜表面润湿性、厚度和孔隙对水输送的影响。此外,还介绍了Janus敷料在抗菌、抗炎/抗氧化、血管生成、刺激反应、伤口监测、电刺激和止血等方面的应用。

尽管在伤口愈合方面取得了进步,但基于静电纺丝的Janus敷料仍有需要克服的局限性。

(1) Janus敷料的稳定性有待提高。在目前的Janus敷料制备中,应用最广泛的技术是不对称制备法。亲水层和疏水层所用材料的差异使得这些层之间的界面键合成为一个重要的问题。先前的研究已经探索了通过热压、制造过渡层和加入粘合剂等技术来提高界面结合效率的方法。然而,进一步发展增强界面键合的方法是必不可少的,因为上述技术的局限性不容忽视。例如,热压可能损害材料的三维结构;制备过渡层需要亲水性和疏水性材料均可溶于同一溶剂,或者需要使用专门的静电纺丝装置;胶粘剂的生物相容性有待进一步验证。

(2)应控制亲疏水层之间的相容性。对于通过不对称加工制造的Janus敷料,亲疏水层之间的材料差异可能导致两侧机械性能的不一致。当一层受损时,Janus结构的完整性可能会受到损害。因此,有必要系统地评估和改善亲疏水材料之间力学性能的相容性,以确保Janus结构在关节伤口等拉伸应用中的整体耐久性和稳定性。

(3)增强Janus酱料的智能化。虽然Janus敷料被赋予了许多功能,但敷料智能化是未来敷料发展的重要方向,需要重点关注。目前,在Janus敷料的智能化研究中,仍有许多问题需要解决。例如,如何有效利用Janus敷料检测和分析伤口愈合过程中各种生理指标的波动,对及时评估愈合进展至关重要;如何将Janus敷料与无线通信技术相结合,实现实时监测和数据传输,从而帮助医疗专业人员准确评估伤口状况;如何在保证敷料性能的同时优化成本管理,提高临床应用的经济可行性和可持续性。

综上所述,以静电纺丝为基础的Janus敷料目前正处于快速发展阶段。随着相关研究的不断深入,其性能和应用有望显著提高,显示出更大的临床潜力。

 

基于静电纺丝的非对称Janus膜制备

2.基于静电纺丝的非对称Janus膜制备示意图:a)顺序静电纺丝,b)其他材料上的静电纺丝,c)真空过滤,d)纳米纤维上的电吹纺丝,e)与纳米纤维直接集成,f)部分重叠静电纺丝,g)一步静电纺丝。

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