文献综述
静电纺丝（electrostatic spinning）是一种在高压电场下使聚合物溶液形成喷射流进行纺丝加工的技术。静电纺丝研究的历史最早可以追溯到19世纪末期，Lord Rayleigh[1]把聚合物溶液作为电喷洒的内容物，首先进行了用高压电场纺丝的尝试，并研究了进行静电纺丝所需施加的电场。1934年，第一台静电纺丝装置由Formhals[2]制成，并申请了第一项关于静电纺丝的专利。到了20世纪60年代，因为静电纺丝技术可以生产各种聚合物纤维无纺布而开始被应用到纺织工业中，由电纺丝纤维制得的无纺布，具有孔隙率高、比表面积大、纤维精细程度与均一性高、长径比大等优点，这些用传统纺丝方法所无法获得的优良特性，赋予了电纺丝纤维广泛的应用前景。近年来，人们发现，用电纺丝技术制得的纤维，其直径可达纳米级[3],其直径范围般在3nm~5pm,比用常规方法制得的纤维直径小几个数量级。这一独特优势促使人们将电纺丝的研究热点转移到功能材料应用领域上来,并广泛地用于纳米复合材料、传感器、薄膜制造、过滤装置，以及生物医用材料的加工和制造上。电纺丝技术快速、高效,设备简单、易于操作,可用于制备复杂、免缝合支架,而且易于控制化学组分和物理性能。此外，电纺丝技术用料节省,特别适于制备刚合成、尚不能大量供应原料的制品。
传统的单纺装置包括: 高压电源, 溶液储存装置, 喷射装置和收集装置。在电纺丝过程中，喷射装置中装满了充电的聚合物溶液或熔融液。在外加电场作用下，受表面张力作用而保持在喷嘴处的高分子液滴，在电场诱导下表面聚集电荷,受到一个与表面张力方向相反的电场力。当电场逐渐增强时,喷嘴处的液滴由球状被拉长为锥状形成所谓的“泰勒锥”(Taylorcone)[4]。而当电场强度增加至-个临界值时电场力就会克服液体的表面张力，从“泰勒锥”中喷出。喷射流在高电场的作用下发生震荡而不稳,产生频率极高的不规则性螺旋运动，在高速震荡中,喷射流被迅速拉细，溶剂也迅速挥发,最终形成直径在纳米级的纤维，并以随机的方式散落在收集装置上，形成无纺丝。1979 年，Simm[5]等便采用金属环取代针头，实现了无针静电纺丝。近几年出现的同轴静电纺丝装置和传统单纺稍有差异，有差别的地方在溶液储存装置和喷射装置上: 传统电纺的溶液储存装置只储存一种高聚物溶液, 而同轴电纺要储存两种不同的溶液且要分开储存。在喷射装置上, 二者也有一些差别, 同轴电纺的喷射装置由两根内径不同的毛细管组成, 两根毛细管之间留有一定的间隙。
静电纺丝技术应用广泛，尤其是在医用生物材料方面备受瞩目,包括制备神经导管、血管、尿管、伤口包扎品、药物载体等。当前，再生医学领域研究的热门之一就是通过往人体植入生物材料促进组织再生，李森[6]等将静电纺丝与转筒收集法结合起来制备出了聚乳酸聚乙醇酸共聚物-丝素-胶原纳米神经导管，该神经导管能促进神经再生，其效果接近于自体神经移植。杨科[7]利用羟基丁酸、羟基戊酸共聚酯(P邶V)、聚乙二醇(PEG)、聚己内酯(PCL)为支架材料，通过静电纺丝、熔融纺丝、等离子体改性等技术制备三层静电纺丝有序纤维神经导管。王克益[8]向聚乳酸-羟基乙酸（PLGA）中添加一种由树脂经引发剂诱导合成的 pH 依赖型材料（pH-DM）制备出采用静电纺丝方法( Electrospinning, ES）制备立体包覆 pH 依赖型血管支架，该血管支架具有良好的血液相容性、组织相容性与生物降解性，并能诱导血管再生。王宪朋[9]等以聚乳酸（PCL）和胶原（Col）为原料，通过静电纺丝法制备了小口径（d=3.0mm）Col－PLA 人工血管，具有巨大应用价值。除了提供物理支撑作用外，静电纺丝材料还能担载各种各样的药物[10]，以此促进组织再生并达到精准给药的目的。除了担载药物外，电纺丝还可以担载神经生长因子、抗菌剂等物质[11]。王建广[12]等用同轴静电纺丝技术成功制备了具有壳芯结构的乳酸己内酯共聚物/牛血清蛋白/神经生长因子纳米纤维，该材料的缓释上清液能够诱导PC12细胞分化神经元细胞。何子瑜[13]等用静电纺丝技术制备了担载神经生长因子（NGF）的聚乳酸纤维，可以促进PC12细胞的增殖。张福婷[14]等采用静电纺丝技术制备了含银聚酰亚胺(PI/Ag) 纳米纤维，对大肠杆菌( E.coli) 、金黄色葡萄球菌(S.aureus) 和枯草芽孢杆菌(B．subtilis) 表现出良好的抑菌效果，为聚酰亚胺在耐高温抑菌生物医用材料等领域的应用提供了新的方向。在细胞生物学领域，静电纺丝技术的研究价值同样巨大。刘雄涛[15]等利用诱导多能干细胞(iPSC) 与纳米纤维仿生支架构建人工心肌，发现聚己内酯/明胶纳米纤维仿生支架支持iPSCs增殖，且能够促进其向心肌细胞分化。杨文峰[16]等的研究表明PLGA电纺丝可以促进大鼠骨髓间充质干细胞( BMSCs)的成骨分化，在骨组织工程构建中具有重要价值。此外，静电纺丝技术在环保领域也广泛的应用前景[17-19]。
理想的医用人体组织支架应具有以下几个特点:①材料在结构和功能上与天然细胞外基质相似,且具有很好的生物相容性,对周围组织环境没有不良影响；②加工制作方便高效,便于应用，且可以调节材料在物理化学、生物及力学等多方面的性能；③具有结构稳定性,可承受外力,完全降解吸收。到目前为止,用于组织工程支架的材料主要有胶原(collagen)、几丁质(chitin)等天然高分子材料，以及聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)、聚羟基烷酸酯类(PHAs)、聚己内酯(PCL)及其共聚物等人工合成高分子材料。其中，聚己内酯(PCL)是一种被美国食品和药品监督管理局(FDA)认可的可用作临床植入物的医用高分子生物材料。聚已内酯（PCL）具有良好的生物相容性和生物降解性，适于制备细胞生长的支持材料。此外，聚已内酯（PCL）具有良好的机械性能、疏水性、细胞黏附性等优良的性质，因此聚已内酯（PCL）在材料学领域和再生医学领域具有重要的研究和应用价值。聚已内酯（PCL）的一个显著优点就是当它与机械强度较弱的材料混合后可以增加混合材料整体的机械强度。潘福勤等[20]发现综合胶原、生物活性玻璃和聚已内酯（PCL）合成的复合材料胶原-生物活性玻璃-聚已内酯（PCL）可兼具良好的生物相容性和机械性能，可以促进牙髓细胞的迁移、增殖和分化。聚已内酯（PCL）担载一定量的细胞因子后可以促进细胞的分化，徐万林等[21]利用载VEGF165多孔聚己内酯支架进行脂肪来源的干细胞体内外成骨分化的实验研究，载VEGF165多孔聚已内酯支架可显著提高ADSCs的体内、外成骨分化效果。聚已内酯（PCL）支架也可在组织水平上促进组织的再生，蔡江瑜[22]通过静电纺丝技术制备了丝素蛋白（SF）/聚乳酸-聚己内酯[poly（LLA-PCL）]纳米纤维支架，并用该支架包裹新西兰大白兔自体肌腱建立关节外模型，实验结果表明纳米纤维支架具有较好的细胞相容性，能有效促进兔腱-骨愈合，为临床上ACL重建移植物的改良提供新思路。关勇[23]的研究表明兔口腔黏膜上皮细胞可以作为组织工程化尿道支架的种子细胞来源之一，其与 PCL 电纺纤维相结合，可以构建适合于尿道修复需要的组织工程替代材料。
基底材料的拓扑形貌是影响细胞行为的重要因素之一,细胞与微纳米结构图案表面相互作用研究在细胞生物学、再生医学和组织工程领域具有重要的意义。材料表面微纳米图案化不但可以提供结构模版,用以研究细胞对生长环境的响应特性,而且可以为组织再生用支架和植入性器件的设计提供基础数据。当前生物材料研究领域内，常用的改变材料表面形貌的方法之一就是材料表面图案化技术。表面图案化是指在至少一维的方向上生成纳米级的规则表面结构，它在超分子科学、材料科学、微电子学及细胞生物学等方面均有重要的科学意义和应用价值[24]。图案化赋予生物材料更接近细胞外基质（ECM）的物理性质，有利于细胞在材料表面的粘附、迁移与增殖。在细胞生物学方面,表面图案化可用来控制附着细胞的空间分布,发展新型快速的诊断方法及构造神经网络[25]。材料表面图案化的方法有很多，复杂的如3D打印等先进技术，简单的如印章微模塑法。杨淼坤[26]将微图案化技术与温敏材料相结合，通过模板法制得表面具有微图案的聚苯乙烯（PS）膜，然后采用紫外光引发接枝方法，将PNIPAAm 接枝到其表面，为进一步研究微图案化表面对细胞行为的影响以及细胞的降温自动脱附奠定坚实的材料基础。Y.C.Gan[27]等提出了自褶皱法构筑仿生微纳米图案化表面的方案，通过自褶皱机理在光固化涂层表面上制备微纳米复合图形。周雄图[28]等发现在一定范围内,图案越大、越深,细胞形变越大；细胞伸展面积越大,形变越小；黏附蛋白可以促进细胞伸展,从而使细胞形变减小。微米坑图案能够明显促进细胞在材料表面的黏附；微米沟槽图案则对细胞具有接触诱导效应,可以诱导细胞响应所生长的微纳米沟槽结构进行骨架苇排,从而引起细胞取向行为变化。除此以外，图案化材料还可以诱导干细胞的分化，唐键[29]制备了一种能长时间阻止细胞迁移的微图案，该材料能诱导大鼠骨髓基质干细胞成骨分化和成脂分化。
本实验针对生物材料表面图形化对神经再生的影响，选择了聚己内酯（PCL）材料作为基础材料，联合通过微模塑和静电纺丝技术构建聚己内酯（PCL）复合微纳拓扑图案，研究图案化对神经细胞粘附、铺展、增殖和分化等行为的调控作用，获得聚己内酯（PCL）微纳纤维图案化与神经细胞生长行为的构效关系，为开发和设计新型的神经再生植入材料提供理论依据。联合采用微模塑和静电纺丝技术制备取向性PCL微纳纤维图案，研究该构建图形对神经再生的调控程度，可望对今后神经再生植入装置的设计提供新的设计理念和理论积累，具有重要的理论价值。此外，本实验还通过改变电极宽度研究不同宽度的电极对聚已内酯（PCL）电纺丝取向性的影响，意在制备具有良好取向性的聚已内酯（PCL）电纺材料。
参考文献
[1]Shalaby s w. Fabrics. In Biomaterials Science; An Introduction to Materials in Medicine.Hoffman, Lemons, Ratner Schoen eds, Boston: Academic Press,118-124
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