导读
静电纺丝技术能够制备具有大比表面积和优异透气性的纳米纤维材料，已成为生物医学领域的重要工具。蚕丝作为一种广为人知的天然生物聚合物，具有良好的生物相容性、可调节的生物降解性以及优越的机械性能。通过静电纺丝将蚕丝制备为纳米纤维，可以精细调控其性能，从而增强其在多种生物医学应用中的适用性。静电纺蚕丝不仅继承了蚕丝的天然优势，还具备了如表面积增加、高孔隙率和良好透气性等优化特性。本文综述了静电纺蚕丝在合理设计与可控制备方面的最新进展，并重点探讨了其在健康监测、再生医学和个体防护三大领域的生物医学应用。最后，文章讨论了静电纺蚕丝在当前面临的挑战及未来发展前景。本综述旨在突出静电纺蚕丝在生物医学应用中的前沿作用，推动传统医疗向个性化模式的转变。
图文摘要
01. 蚕丝静电纺纳米纤维的制备及其性能
图1.静电纺蚕丝制备中的三个关键步骤。a 从蚕茧中提取丝素蛋白（SF）的过程。通过脱胶工艺去除蚕茧中的丝胶蛋白，然后将SF溶解在溴化锂（LiBr）溶液中以破坏氢键并促进溶解，接着通过透析制备水溶性SF溶液；b, c 丝素纺丝溶液的制备。SF水溶液绿色静电纺丝的示意图（b）溶解于甲酸（FA）的SF静电纺丝过程示意图（c）。 其他常见的静电纺丝蚕丝溶剂包括六氟异丙醇（HFIP）、二甲基甲酰胺（DMF）和丙酮；d, e 纺丝参数的优化，包括纺丝溶液浓度和纺丝电压。在22 °C和30%相对湿度下，不同浓度的SF溶液制备的静电纺膜扫描电子显微镜（SEM）图像（d）；在纺丝溶液直线段沿线观察到的独特干涉色为喷射液的直径及其直线段长度提供了实时信息，这两者与施加电压相关（e）。
图2. 静电纺蚕丝的优势。a 静电纺丝素蛋白（SF）的照片和扫描电子显微镜（SEM）图像；b 培养在静电纺蚕丝上的施旺细胞的典型SEM图像和激光共聚焦扫描显微镜图像，表明静电纺蚕丝具有良好的生物相容性；c 植入动物体内两周后的静电纺蚕丝支架照片，以及静电纺蚕丝支架在体内降解过程中的重量损失随植入时间的变化；d 静电纺蚕丝的不同形式。
02. 用于健康监测的静电纺蚕丝
图3. 用于健康监测的静电纺蚕丝。a 由静电纺蚕丝和聚偏氟乙烯（PVDF）组成的全纤维混合摩擦电纳米发电机示意图和扫描电子显微镜（SEM）图像，用于可穿戴手势监测；b 基于丝素蛋白（SF）的电子纹身示意图；c 基于静电纺蚕丝的柔性压力传感器在实时监测人体活动中的应用；d 静电吹纺皮肤用于多功能防火和危险报警。
03. 用于再生医学的静电纺蚕丝
图4. 静电纺蚕丝在再生医学中的应用。a-c 基于丝素蛋白（SF）的伤口敷料。丝素基敷料促进伤口愈合的示意图（a）；SF纳米纤维膜的扫描电子显微镜（SEM）图像（b）；不同敷料覆盖的伤口在阳光下0、4和9天后的照片（c）；d, e 组织支架的内外表面的示意图（d）和SEM图像（e）；f 支架诱导形成致密矿化组织的微型CT成像；g-i 静电纺蚕丝用于药物递送。用于药物递送的SF纳米纤维基质示意图（g）；姜黄素-丝素纳米纤维基质与癌细胞的相互作用（h）；肿瘤切片的组织学分析（i）。
图5.静电纺蚕丝在个体防护中的应用。a 基于丝素蛋白（SF）的多功能过滤膜及其过滤效果的示意图；b 静电纺多层木质素/SF水净化膜的示意图及其扫描电子显微镜（SEM）图像，以及染料吸附能力；c 丝素纳米纺织物的SEM图像及大规模制备过程；d 纳米纤维丝素膜的热管理功能示意图。
04. 结论与展望
图6. 静电纺蚕丝在生物医学应用中的总结与展望。a 纺丝方法的创新；b 静电纺蚕丝基设备性能的优化；c 智能医疗系统的集成。
本文亮点
讨论了静电纺蚕丝的合理设计、可控制备及其优势。
系统总结了静电纺蚕丝在健康监测、再生医学和个体防护等生物医学领域的应用。
静电纺蚕丝为个性化医疗的生物医学应用开辟了一条引人注目的道路。
作者：赵月棠
审核：方 俊
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https://link.springer.com/article/10.1007/s44258-024-00038-y
引用格式
Dai, S., Liang, H., Zhu, M. et al. Electrospun silk for biomedical applications. Med-X 2, 22 (2024). https://doi.org/10.1007/s44258-024-00038-y
作者简介
Shufen Dai，清华大学化学系张莹莹教授课题组成员。
Huarun Liang，清华大学化学系张莹莹教授课题组成员。
张莹莹，清华大学化学系教授。研究领域为纳米碳材料与丝蛋白材料的制备、性能与应用，柔性可穿戴器件及其在生命健康和信息领域的应用以及功能纤维与智能织物的设计、制备与应用。
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