形状记忆纤维电纺：参数调控性能，医学应用新探索

大家好！今天来了解一篇关于电纺形状记忆聚合物纤维的研究——《Programming-via-spinning: Electrospun shape memory polymer fibers with simultaneous fabrication and programming》发表于《Smart Materials in Medicine》。形状记忆聚合物在医学领域具有广泛应用前景，而电纺技术为制造纤维状支架提供了有效途径。本研究聚焦于电纺参数对热塑性聚氨酯形状记忆聚合物纤维的影响，包括对其形状记忆和机械性能的探究，以及在制造过程中同时进行编程的方法，还展示了其在生物医学应用中的潜力。

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一、研究背景

形状记忆聚合物（SMPs）这类“智能材料”在医疗设备中具有广泛应用前景，包括药物输送、伤口敷料、组织再生支架等。电纺是一种制造纤维状SMP支架的有效方法，可增强其孔隙率、传质和灵活性。本文旨在研究电纺参数对SMP形状记忆和机械性能的影响，并探索在制造过程中对SMP进行编程的方法及其应用。  

二、控制PUr纤维形成和表征

1、纤维直径和曲折度

溶剂和收集器转速对纤维直径和曲折度有显著影响。当使用氯仿作为溶剂时，纤维直径比4氯仿：1DMF溶剂混合物大，且随着收集器转速增加，纤维直径减小，在氯仿中纤维更对齐，曲折度降低。  

2、纤维垫孔隙率

纤维垫孔隙率一般随收集器转速降低而增加，在两种溶剂样品集中都呈现此趋势，4氯仿：1DMF系列的变化相对较小。

三、控制纤维热和机械性能

1、热性能

电纺后纤维垫的硬段Tg范围较宽，在去除热历史后的第二次加热中，Tg在52-53 °C之间。熔化温度在第一次加热时样品间较一致，去除热历史后略有增加，熔化焓则受电纺过程影响较大，尤其是4氯仿：1DMF溶剂组。  

2、机械性能

模量随收集器转速增加而增加，与纤维直径、曲折度和孔隙率相关。拉伸强度在氯仿系列中相似，在4氯仿：1DMF样品中变化较大，且与纤维直径呈反比。极限伸长率与孔隙率趋势相反，所有六种纤维形成的模量都在皮肤模量范围内，且都表现出形状记忆特性。

四、通过纺丝控制PUr纤维编程  

1、通过纺丝编程效果

电纺过程中纤维被编程为临时形状，加热后形状恢复率随收集器转速增加而增加。

2、与手动编程比较

手动编程后的纤维加热也能恢复到原始形状，与电纺编程后的形状恢复情况类似，但2000rpm氯仿样品由于样品折叠和粘连无法手动编程。

五、PUr-pep纤维表征

1、纤维结构和性能

PGluPUr纤维直径约5μm，其模量、拉伸强度和极限伸长率在控制PUr纤维范围内，形状固定性较高，为83%，形状恢复率为93%。  

2、生物膜抑制

与金黄色葡萄球菌孵育后，PGluPUr纤维因形状恢复而抑制生物膜形成，只有约7%的覆盖率，而对照纤维则被生物膜完全覆盖，覆盖率为87-97%，这是由于PGlu在酶切后纤维形状恢复，破坏了生物膜形成的条件。  

六、研究结论

电纺PUr纤维具有良好的形状记忆和机械性能，可通过改变电纺参数调整支架性能，如纤维直径、曲折度等，从而独立于化学性质微调机械性能，同时保持形状记忆特性。

制造过程中对样品进行编程可提高样品制备的可扩展性和效率。

细菌蛋白酶响应的PGluPUr纤维可成功合成，并在概念验证研究中显示出抑制金黄色葡萄球菌生物膜形成的能力，可用于细菌感应伤口敷料，未来还可进一步探索其在感染监测和预防方面的应用。

通过纺丝编程过程可广泛应用于多种SMP系统，减少制备时间和工作量，有利于生物医学应用的规模化。

七、一起来做做题吧