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一、研究背景
皮肤是人体最大的器官,覆盖在身体表面,约占体重的10%烧伤是由高温(火焰或烫伤)、电、化学、摩擦或辐射引起的皮肤损伤烧伤创面的愈合过程与大多数其他伤口的愈合过程相似,都经历了一个复杂的过程。伤口愈合过程通常包括四个阶段:止血、炎症、细胞增殖和组织重塑轻度烧伤在一些药物的帮助下可以迅速恢复。然而,严重的烧伤往往伴有并发症,如细菌感染、休克和器官衰竭。烧伤会降低病人皮肤的免疫调节功能,使伤口容易受到细菌感染。细菌感染可引起创面渗出液增多,严重阻碍创面愈合,给创面治疗带来巨大挑战
当皮肤损伤过于严重,自身修复能力不足以恢复原有结构和功能时,一般采用传统的皮肤移植方法。在过去的几十年里,由于各种皮肤移植的应用,烧伤患者的存活率有了显著的提高尽管广泛使用,但自体皮肤移植存在供体有限和同种异体移植免疫排斥的问题。随着生物技术的发展,多功能创面敷料和纳米纤维支架材料的出现,在一定程度上缓解了皮肤移植的难题。伤口敷料可以覆盖伤口,并提供一个暂时的屏障,防止外部细菌感染也可作为诱导模板引导皮肤细胞重组、宿主组织浸润、整合,对创面愈合有显著作用传统的敷料,如纱布和绷带,在临床实践中经常使用,以协助伤口治疗。它们可以吸收伤口渗出物和血液,同时也提供机械保护。但传统敷料的缺点是不具备抗感染能力,容易与创面粘连,对患者造成二次损伤,不利于创面愈合。理想的伤口敷料应具有以下特性:(1)能吸收多余的伤口渗出物和血液;(2)为伤口愈合提供湿润的环境;(3)透气性好;(四)保护创面不受外界微生物和有害物质的感染;(5)良好的生物相容性和可降解性;(6)取下敷料不会对患者的伤口造成二次损伤。
除了传统的敷料,常见的敷料类型包括海绵、薄膜、泡沫、水凝胶、水胶体和纳米纤维复合材料。不同类型的敷料有不同的特点,可以根据不同类型的伤口选择。海绵敷料具有高度多孔的结构,可以吸收大量的水分,为伤口愈合提供湿润的环境然而,海绵敷料机械强度弱,可能导致皮肤浸渍。膜敷料透气,能减轻病人的疼痛但是,这种敷料的吸水性较弱,容易造成伤口渗出液的堆积,容易附着在伤口上水凝胶是一种亲水性大分子网络,可以吸收和保留伤口渗出物,促进成纤维细胞增殖和胶质细胞迁移水凝胶吸水膨胀后的机械稳定性变差。作为一种纳米级材料,纳米纤维在伤口敷料中的应用越来越广泛。纳米纤维具有纳米级结构,类似于天然细胞外基质,具有良好的载药和给药能力,并且比其他类型的敷料能够吸收更多的伤口渗出液。静电纺丝制备的纳米纤维具有良好的力学性能和生物性能。
纳米纤维的制备方法包括拉伸法、模板合成法、自组装法、微相分离法和静电纺丝法。静电纺丝设备技术具有成本低、效率高、操作简单等优点,在纳米纤维的制备中得到了广泛的应用。静电纺丝是制备直径在纳米到微米之间的纤维的一种有效方法静电纺纳米纤维的结构可以调整,以适应各种应用。例如,在生物医学领域,电纺纳米纤维用于伤口敷料、组织工程支架和药物输送。静电纺纳米纤维敷料具有许多突出的优点。首先,电纺纳米纤维具有更大的比表面积,为细胞提供了更多的粘附和生长位点其次,静电纺纳米纤维孔隙率高,在保持良好的透气性和透湿性的同时,还能阻断外界病原体的侵袭。最后,静电纺纳米纤维具有可控的结构,可以作为药物载体,装载各种生物活性成分和药物,提高伤口愈合效率。此外,纳米纤维创面敷料还可以控制药物释放的速度和时间。因此,电纺纳米纤维在生物医学领域具有巨大的应用潜力。
二、摘要
烧伤是一个全球性的公共卫生问题,给公共卫生和经济带来了巨大的挑战。严重烧伤常导致全身感染、休克、多器官衰竭,甚至死亡。随着人们对烧伤创面治疗效果的要求越来越高,传统敷料功能单一,副作用多,已经不能满足人们的需求。在这种情况下,静电纺丝设备在开发促进伤口修复和预防感染的高级伤口敷料方面显示出很大的前景。电纺丝纳米纤维具有比表面积大、孔隙率高、与天然细胞外基质(ECM)相似的特点,可以承载药物并加速伤口愈合。它为烧伤创面的治疗和管理提供了一个很有前途的解决方案。本文介绍了烧伤的概念和电纺纳米纤维的种类,并对电纺纳米纤维敷料中使用的聚合物进行了综述。最后,对电纺烧伤敷料负载的药物(植物提取物、小分子药物和纳米颗粒药物)进行了综述。提出了商用电纺烧伤敷料的发展前景。
三、结论
烧伤作为一种不可控制的意外伤害,严重影响患者的身心健康。纳米纤维敷料常用于烧伤创面处理。静电纺丝因其操作简单、成本低等优点在纳米纤维的制备中得到了广泛的应用。静电纺纳米纤维以其独特的结构和物理化学性质在促进伤口愈合方面显示出巨大的潜力。本文首先介绍了静电纺纳米纤维的常用类型。随着静电纺丝技术的不断提高,目前已有共混静电纺丝、乳化静电纺丝、同轴静电纺丝、并排静电纺丝、三轴静电纺丝等。其中,具有核壳结构的纳米纤维可以控制药物释放速度,实现长期连续给药。其次,综述了用于静电纺丝纳米纤维的聚合物,包括天然聚合物和合成聚合物。天然聚合物一般是从植物或动物中提取的,具有良好的生物相容性和与天然组织基质相似的特性,显示出促进皮肤再生的潜力。然而,天然聚合物的成膜性能较差,需要通过与其他聚合物共混来改善。为了提高静电纺纳米纤维的综合性能,研究人员通常选择具有较强机械性能的合成聚合物和天然聚合物。最后介绍了纳米纤维敷料中包裹的生物活性物质。纳米纤维通过添加抗生素、天然活性物质、纳米粒子等具有生物活性,在防止细菌感染的同时,还能加速伤口愈合。
电纺纳米纤维在烧伤创面敷料中的应用还面临许多挑战。微生物感染和持续的炎症会影响伤口愈合的速度。考虑到烧伤创面愈合过程的复杂性,选择合适的敷料非常重要。目前,人们不仅关注纳米纤维敷料的抗菌活性和加速伤口愈合的能力,还关注敷料是否能抑制疤痕形成。研究人员试图使用多种材料使纳米纤维敷料具有更多的功能,但仍需要大量的临床试验来证明纳米纤维敷料的有效性和安全性。纳米纤维在生物医学领域的应用日益扩大,在伤口治疗方面也显示出广阔的前景。本文综述为纳米纤维敷料在临床烧伤治疗中的应用提供参考。未来有必要进一步改进纳米纤维的制备方法,寻找更多的生物活性物质,以提高治疗效果,降低成本。创面敷料作为一个特殊的应用领域,一直依赖于静电纺丝新技术的出现,以及它与电喷涂等传统化学和物理方法的结合。
图1.烧伤深度和水平。烧伤根据皮肤损伤的大小和深度分为四个等级:一级、二级、三级和四级烧伤。
图2.电纺的设备。该静电纺丝装置主要由注射泵、与喷丝器连接的注射器、高压电源和收集器组成。
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纳米纤维及其应用