论文总字数：23215字

摘 要

近年来，有数据显示神经损伤患者人数不断上升，全世界每年都会有数百万人受到神经损伤的影响。虽然人体神经具有自我修复功能，但人体神经系统的再生能力却是有限的，胶质瘢痕等的形成会使神经很难穿过受损区域，阻碍神经再生。近年来，组织工程学异军突起，利用组织工程技术制作亚微米、纳米纤维支架，为神经损伤修复带来了新的希望。目前，神经组织工程领域的研究热点有用静电纺丝技术和3D打印制造神经支架，神经导管等。本综述介绍了目前用于组织工程的静电纺丝的主要制造方法工艺和材料，以及3D打印神经导管主要的制造方法工艺和材料。

关键词：神经组织工程；静电纺丝；3D打印；组织工程支架；神经导管

Abstract

In recent years, the data shows that the number of patients with nerve injury is increasing, and millions of people are affected by nerve injury every year in the world. Although the human nerve has the function of self-repairing, the regeneration ability of the human nervous system is limited. The formation of glial scar will make it difficult for the nerve to pass through the damaged area and hinder the nerve regeneration. In recent years, tissue engineering has emerged. The fabrication of submicron and nanofiber scaffolds by tissue engineering technology has brought new hope for the repair of nerve injury. At present, the research focus in the field of neural tissue engineering is electrospinning technology and 3D printing to manufacture neural scaffolds, neural catheters, etc. This review introduces the main manufacturing methods and materials of electrospinning for tissue engineering, as well as the main manufacturing methods and materials of 3D printing neural conduit.

Key words：neural tissue engineering; electrospinning; 3D printing; tissue engineering scaffold; neural conduit

目录

第1章 绪论………………………………………………………………………………1

第2章 静电纺丝…………………………………………………………………………2

2.1 静电纺丝制造方法工艺 ……………………………………………………….2

2.1.1 同轴静电纺丝技术………………………………………………………2

2.1.2 乳液静电纺丝技术………………………………………………………3

2.1.3 激光熔体静电纺丝技术…………………………………………………4

2.1.4 共轭静电纺丝技术………………………………………………………5

2.1.5 动态液体静电纺丝技术…………………………………………………6

2.2 用于神经组织工程的静电纺丝材料…………………………………………...7

2.2.1 天然材料…………………………………………………………………7

2.2.2 合成材料…………………………………………………………………8

2.2.3 复合材料…………………………………………………………………9

第3章 3D打印神经导管……………………………………………………………….11

3.1 3D打印制造方法工艺………………………………………………………….11

3.1.1 基于立体光刻的3D打印………………………………………………11

3.1.2 基于挤压的3D打印……………………………………………………12

3.1.3 基于喷墨的3D打印……………………………………………………13

3.1.4 间接3D打印……………………………………………………………14

3.1.5 3D打印神经导管的总结………………………………………………..14

3.2 用于3D打印神经导管的材料………………………………………………...14

3.2.1 天然材料………………………………………………………………...15

3.2.2 合成材料………………………………………………………………...15

3.2.2.1 不可降解聚合物…………………………………………………15

3.2.2.2 可降解聚合物……………………………………………………16

第4章 总结与展望……………………………………………………………………...17

参考文献 ………………………………………………………………………………...18

致谢 ……………………………………………………………………………………...22

第1章 绪论

外周神经损伤是困扰很多人的神经性疾病，最常见的原因是机械创伤。目前，人们修复神经损伤的方法大致有三种: 直接端对端缝合，自体或异体移植和用组织工程制作的神经移植物代替自体移植物。数据显示，直接缝合受损神经的成功率虽然很高，可以达到70%左右。但是神经末端不能过度拉伸，如果神经损伤的间隙大于5mm,就需要用移植物来修复了。用自体移植的方法治疗可以降低排异反应，但是移植过程中需要切除腓肠神经等，这就有可能会导致人体疼痛敏感性降低甚至丧失^{[1, 2]}。如果缺乏自体移植物，可以勉强用去细胞异体移植物来代替，但这样就需要长期使用免疫抑制剂，增加了感染风险。自体和同种异体移植虽然都能促进神经损伤的修复，但面临着供体短缺，需要多次手术等问题，并不能够完全修复受损神经^[3]。这就促进了组织工程移植物的快速发展。而组织工程化的神经移植物在培养过程中必不可缺的就是组织工程支架，支架既可以作为体外细胞生长分化的依靠，又可以直接植入受损部位促进神经再生。静电纺丝生产的具有良好生物相容性等优点的神经支架，以及3D打印快速、精确复制的神经导管类支架已经成为人们的研究热点。这篇综述将讨论静电纺丝和3D打印如何应用在神经组织工程支架的制造，以及分别适用于这两类工艺的材料。

第2章 静电纺丝神经支架

修复受损神经最重要的就是让神经细胞再生，因此需要给神经细胞提供一个适宜的生长环境，而静电纺丝纤维支架就可以。通过静电纺丝，人们可以选择合适的材料和纺丝方法来制造出高比表面积，高渗透性的支架。再对支架表面进行修饰，就可以很好调控细胞的生物学行为。

2.1 静电纺丝制造方法工艺

静电纺丝是利用电场作用的聚合物射流产生亚微米纤维形成具有相互连通孔隙的基体的纤维生产方法。如图2.1，传统的静电纺丝装置中，有一个喷射聚合物的喷嘴，一个收集纤维的收集板，工作时，将高压电源的两极分别接在喷嘴和收集板上，这样，喷射出的溶液就会在电场的作用下被引向收集板。再通过控制收集板的旋转速度，就可以得到不同排列的纤维^[4]。由于电荷的积累，聚合物溶液会在喷嘴处形成一个锥形结构，称为泰勒锥，稳定的泰勒锥可以使聚合物射流形成具有狭窄分布的连续均匀纤维。

图2.1（a）单针电纺针系统示意图；（b）喷丝头尖端形成泰勒锥^[5]

2.1.1 同轴静电纺丝技术

同轴静电纺丝是一种新的静电纺丝技术，它只需要单步的操作就可以制造连续的核一壳和中空结构纳米纤维。同轴静电纺丝设备有两个不同的注射器，一个加核层材料，另一个加壳层材料，它的喷丝系统是两个同轴但不同内径的毛细管。外层液体经过高频率的拉伸后，快速喷射时，内外层溶液之间会有很大的剪切力生成，它会拉着内层溶液沿壳层同轴运动，再经过变形，固化等步骤，就可以得到超细的同轴复合纳米纤维。

装置如图2.2，它由配备有同轴金属针的垂直注射器组成，该金属针连接到正极高压源，集液盆带有一个内部接地的金属板。使用装有蒸馏水和乙醇混合物的玻璃浴。选择的喷丝头是分别用于壳和核溶液的不同口径的同轴针。

图2.2 同轴湿式静电纺丝的示意图^[6]

2.1.2 乳液静电纺丝技术

图2.3 （A）乳液电纺丝过程；（B）核壳结构纳米纤维形成图^[7]

用传统的方法进行静电纺丝时，为了防止高聚物液滴的破裂，要求高聚物溶液的浓度必须足够大。并且如果溶液的浓度过低，就不可能得到光滑连续的纳米纤维^[8]。增加高聚物浓度可以得到串珠和粘连较少的均匀纤维，但同样高浓度溶液也会导致喷丝口干涸，堵塞。

而乳液静电纺丝技术的出现就解决了这个问题，乳化静电纺丝是一种新颖、简单的制备核壳纳米纤维的技术，两种不混容的油包水（W/O）或水包油（O/W）乳液作为纺丝溶液。在静电纺丝过程中，靠近表面的区域的溶剂比聚合物射流的中心部分蒸发得更快，导致外层的粘度较内层迅速增加。随后，乳剂液滴从表面到中心向内运动，在高压电场的作用下，液滴在纳米纤维轴向同时凝聚并拉伸成椭圆形。最终，通过在接地的收集器上快速蒸发溶剂，获得了核-壳纳米纤维。

2.1.3 激光熔体静电纺丝技术

传统的溶液纺丝技术由于纤维的随机化收集和非织造网内残余毒溶剂的积累，使其很难用于生物医学应用。相比之下，聚合物熔体静电纺丝(MES)避免了溶剂的使用，因此在生物医学领域具有明显优势。

熔融静电纺丝的发展关键就是加热装置，目前有电加热、辐射加热、水油循环加热，激光加热等。在激光系统下工作的MES设备，仅熔化固体聚合物棒的挤压部分，该部分被推过孔口，而不是在注射器的容器中加热。这样就可以精确、灵敏的控制固体聚合物的加热温度，缩短了加热时间，并且大大地提高了操作安全性。

图2.4 熔融电纺加热简图^[9]

如图2.5所示，激光纺丝装置的工作原理是:聚合物固体材料从进料口进入，做功使其以一定的速度到达加热区，然后用激光加热熔融聚合物被推过空口的挤压部分，在强电场的作用下，熔滴喷射而出，经过变形，固化等，最终形成纤维落在旋转或者平移的收集板上。

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