美国内布拉斯加大学医学中心谢敬伟教授团队：电纺纳米纤维多功能材料和多样化生物医学应用

近日，美国内布拉斯加大学医学中心（UNMC）谢敬伟教授团队的AMR述评文章“Advances in Electrospun Nanofibers: Versatile Materials and Diverse Biomedical Applications”在线发表。文章总结了电纺纳米纤维材料的最新发展，强调了它们的改性、独特结构、与其他技术的集成以及多种生物医学应用。同时，文章展望了该领域未来的发展方向。

关键词：静电纺丝，气体发泡，气凝胶，感染控制，组织再生

The remarkable versatility demonstrated by electrospun nanofibers, as evidenced in this account, opens up a myriad of possibilities in materials science, biomedicine, and beyond. By leveraging their potential for modification, 3D structuring, integration with other technologies, and various applications, electrospun nanofibers continue to advance our capabilities in tackling critical biomedical challenges and fostering innovative solutions.

1 文章内容简介

静电纺丝研究的发展是由寻求创新解决方案来应对现有挑战并满足医疗保健、能源、环境修复和消费品等不同行业不断变化的需求所推动的。通过跨学科合作和材料科学、工程和生物技术的进步，静电纺丝将彻底改变具有广泛应用的功能纳米材料的设计和制造。

在过去十年中，我们的团队进行了许多原创研究。其中包括将免疫调节药物加入静电纺丝纳米纤维中以增强先天免疫力、将二维垫转化为三维纳米纤维支架、使用短纳米纤维作为构建块组装三维结构，以及探索各种生物医学应用，如感染控制、止血、组织再生和生物样本采集。

在本文中，我们概述了静电纺丝纳米纤维的最新发展，强调了它们的改性、独特的三维结构、三维组装、与其他技术的集成以及各种生物医学应用。

2 AMR：您为什么选择静电纺丝领域做研究？

作者团队：

静电纺丝是一种备受推崇的技术，因其多功能性和广泛应用而受到世界各地研究人员的青睐，尤其是在生物医学领域。这种方法已经产生了在各个领域都有广泛用途的静电纺丝纳米纤维。全球研究人员对探索静电纺丝材料的新特性表现出浓厚兴趣，使其成为科学研究的焦点。

然而，仍有几个重要问题尚未得到解答。例如，电纺纳米纤维能否持续局部输送免疫调节药物以增强人的先天免疫力？是否有可能开发一种稳健的方法来制造具有精确形状和受控特性（例如纤维排列、孔隙率和孔径）的3D纳米纤维支架？考虑到目前这些支架需要进行侵入性手术植入，是否可以通过微创手术将其植入体内？此外，电纺纳米纤维是否可以加工成微球或微载体用于注射治疗，以及它们与其他技术如何有效地结合？

在过去十年中，我们的实验室一直致力于解决这些问题。

3 AMR：从您的角度来看，静电纺丝领域最热门/最值得探索的话题是什么？或者说您团队下一步关于静电纺丝的大的研究方向是怎么样的？

作者团队：

我们团队的研究仍然围绕新材料和新结构展开。

创新材料在静电纺丝中的应用和新结构的开发正受到越来越多的关注。例如，压电聚合物如聚偏氟乙烯（PVDF）能够以可控和可重复的方式将生理运动转换为电信号，这为生物传感和能量收集提供了新的途径。在纺丝过程中使用绿色溶剂以避免静电纺丝膜中残留有害溶剂也是一项重大进步。此举不仅减少了对环境的影响，还提升了材料的生物相容性。

此外，激光结构化和从生物结构中汲取灵感是创造新设计的重要方法。激光结构化可以生产具有精确几何形状和可重复技术的支架。这些支架在组织工程和再生医学中具有巨大的应用潜力。值得一提的是，从生物结构中汲取灵感可以增强电纺膜的新兴应用，例如速干材料。

通过更多的跨学科研究，电纺纳米纤维可以充分发挥其作为一种变革性技术的潜力，在医疗保健和其他领域有广泛的应用。我们团队目前也在将3D生物打印与静电纺丝相结合，希望利用静电纺丝段作为墨水，打印出一些具有新结构、新功能的材料。

这种结合不仅能够创造出具有复杂结构的材料，还可以使这些材料具备传统制造方法难以实现的功能特性，从而推动电纺技术在生物医学和其他领域的应用和发展。

作者团队简介

美国内布拉斯加大学

医学中心外科与移植系

教授 谢敬伟

谢敬伟教授于1999年和2002年分别在南京工业大学获得学士和硕士学位，并于2007年在新加坡国立大学获得博士学位。他曾在美国华盛顿大学圣路易斯分校夏幼南团队担任博士后研究员（2007-2010年）。目前，他是美国内布拉斯加大学医学中心（UNMC）外科系和Holland再生医学项目的教授。他的研究兴趣涵盖生物材料、药物输送、伤口愈合、止血和再生医学等领域。谢教授获得了多个著名奖项，包括2017年UNMC最有前途的新发明奖、2019年莫雷尔科学成就奖、2020年CAB中期职业研究员奖以及2021年UNMC杰出科学家奖。他在2024年被选为美国医学与生物工程院（AIMBE）会士。

美国内布拉斯加大学

医学中心外科系和Holland再生

医学项目 

博士后研究员 王辰龙

王辰龙，2022 年获得清华大学化学博士学位，导师为梁琼麟教授。自 2023年起加入谢敬伟教授实验室，担任博士后研究员。目前的研究重点是静电纺丝、3D生物打印、水凝胶和再生医学。

美国内布拉斯加大学

医学中心外科系和Holland再生

医学项目

博士后研究员 苏雅娟

苏雅娟，2011 年和 2013 年分别在同济大学获得学士和硕士学位，并于 2017 年在西安交通大学获得生物医学工程博士学位。曾在谢敬伟教授实验室担任博士后研究员（2018-2023 年）。目前在 Zymeron 公司担任资深研究员。研究重点是静电纺丝、生物材料、抗菌、抗生物膜、伤口愈合和传染病。

扫码阅读谢敬伟教授团队的精彩Account文章：

Advances in Electrospun Nanofibers: Versatile Materials and Diverse Biomedical Applications

Chenlong Wang, Yajuan Su, and Jingwei Xie*

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/accountsmr.4c00145

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