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。

*本文只做阅读笔记分享*

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

1、形状记忆聚合物（SMPs）在以下哪个医疗设备应用中未提及？

A. 心脏起搏器

B. 伤口敷料

C. 组织再生支架

D. 药物输送

2、多孔支架在生物医学应用中具有优势，以下哪项不是其优势？

A. 允许细胞营养和废物运输

B. 阻止组织向内生长

C. 有利于血管化

D. 增强孔隙率

3、当使用氯仿作为溶剂时，随着收集器转速增加，纤维直径如何变化？

A. 增大

B. 减小

C. 先增大后减小

D. 不变

4、在机械性能方面，模量随收集器转速增加呈现什么趋势？

A. 降低

B. 增加

C. 先降低后增加

D. 不变

5、电纺 PUr 纤维的哪种性能可以通过改变电纺参数独立于化学性质进行微调？

A. 化学稳定性

B. 形状记忆性能

C. 机械性能

D. 热性能

6、细菌蛋白酶响应的 PGlu PUr 纤维在概念验证研究中可用于什么？

A. 增强纤维的柔韧性

B. 抑制金黄色葡萄球菌生物膜形成

C. 提高纤维的导电性

D. 增加纤维的热稳定性

参考文献地址：https://doi.org/10.1016/j.smaim.2024.09.002