靜電紡絲制備抗菌納米纖維應用進展

焦體峰,劉 慧,馬金銘,劉志偉,高麗麗，李冰冰

(1.燕山大學 環境與化學工程學院，河北 秦皇島 066004；2.燕山大學 河北省應用化學重點實驗室，河北 秦皇島 066004；3.中密歇根大學 化學系，美國 芒特普萊森特 48859)

0 引言

在日常的生產生活中，細菌微生物與我們共存。細菌、病毒等微生物粘附在空氣中的污染物顆粒上，形成微生物氣溶膠，這是引起空氣污染的原因之一。微生物氣溶膠中含有的致病性微生物如結核桿菌、金黃色葡萄球菌、曲霉菌、流感病毒等易通過皮膚創傷、呼吸道、消化道系統侵入人體，對人們的健康和生活產生巨大的危害[1-2]。生活用水中除了工業廢水排放化學污染物造成飲用水的污染外，生活污水和醫院廢水等都含有大量病原微生物或攜帶病毒，如果長時間飲用被微生物污染的水會影響身體健康，甚至引起大面積的傳染性疾病[3]。這些細菌微生物迅速繁殖并傳播疾病，嚴重影響人類的生產生活環境，所以抗菌性能的纖維材料備受關注。

靜電紡絲法制備納米纖維的設備簡單易操作，且對獲得的電紡聚合物纖維進行負載、接枝等策略改性，可以獲得不同的功能性納米材料。通過靜電紡絲技術制備具有抗菌性能的納米纖維材料是抗菌材料的重要研究方向。

1 靜電紡絲技術及其應用

聚合物納米纖維的比表面積大、可功能化，具有廣泛的應用前景。目前有多種制備聚合物納米纖維的方法，如自組裝法、模板聚合法、拉伸法、相分離法、靜電紡絲法等[4]。靜電紡絲法因其所需設備簡單、操作方便是制備聚合物納米纖維常用的技術手段[5-6]。靜電紡絲法是通過在針頭和收集板之間施加高壓電場，當聚合物液滴的靜電斥力大于液滴表面張力和粘彈性力時產生錐形射流，經過一系列不穩定拉伸振蕩，射流凝固并沉積在收集器上，從而獲得納米纖維(圖1、圖2)[7-8]。靜電紡絲法獲得的納米纖維，其孔隙率高、長徑比大、比表面積大、纖維形態力學性能可調及易功能化，通過改變平行排列、中空等工藝參數可形成特殊的結構效應。因此，靜電紡絲納米纖維在生物醫用材料、催化材料、儲能材料、水處理、空氣凈化、食品工業等領域及傳感器方面均有廣泛研究[9]。

圖1 靜電紡絲過程示意圖Fig.1 Schematic diagram of electrospinning process

圖2 靜電射流路徑Fig.2 The path of an electrospun jet

靜電紡絲納米纖維在生物醫用領域的應用主要集中在構建組織工程支架[9]、藥物分子傳遞、傷口敷料、固定生物酶等。良好的生物相容性和生物可降解的纖維支架具有獨特的性質和模仿天然細胞外基質的特性，這有利于組織的再生與修復[10]。由于靜電紡絲納米纖維的內部連接易通過交聯、共價鍵結合、包埋等方法固定生物酶并使其均勻分散，從而提高酶的催化活性[11]。在儲能材料領域，靜電紡絲納米纖維主要應用于超級電容器、電池等儲能裝置中[12]，合適的靜電紡絲條件結合煅燒等后處理，制備獲得的高比表面積和獨特結構的納米纖維可用于電池的電極、夾層材料和質子交換膜等。在催化材料領域，靜電紡絲技術在光催化、熱催化、電催化等方向被廣泛研究，主要制備金屬氧化物/過渡金屬等納米顆粒、聚合物/碳等復合納米纖維催化劑、以及負載型纖維催化材料[13]。在水處理領域，納米纖維結構有利于污染物的吸附和光催化活性[14-15]。靜電紡絲法制備殼聚糖、纖維素、海藻酸鹽、普魯蘭多糖、淀粉、透明質酸等聚合物納米纖維能有效去除重金屬和染料。這是因為上述碳水化合物具有獨特的化學組成、分子量和功能化學基團，如羥基、氨基和羧基，使其展現出優異的染料和金屬離子螯合潛力[16]。

在空氣凈化領域靜電紡絲納米纖維的優勢顯而易見，可控直徑、多孔結構、高比表面積、體積比、良好的內部連通性、可控的形態等保證了低成本的、優良的過濾吸附性能。目前主要研究以天然材料、生物合成聚合物、化學合成聚合物在內的綠色可持續高分子材料進行綠色電紡絲。使用水溶劑或無溶劑的綠色靜電紡絲制備納米纖維，用于多功能口罩、過濾棉、空氣凈化器等空氣過濾材料[17-18]。在食品工業領域通過靜電紡絲法制備的納米纖維材料對化合物進行包封[19]，能保護生物活性物質免受熱敏性和光照條件、儲存不穩定性和化學降解的影響，提高了食品和營養品的貨架期。靜電紡絲納米纖維還應用于高性能傳感器[20]、柔性碳納米膜、防電磁輻射、可穿戴紡織品、吸聲降噪材料[21]等，可見靜電紡絲技術在各個領域都備受關注，大多數合成聚合物和天然聚合物都能通過靜電紡絲得到連續均勻的納米纖維，獨特的孔隙結構以及易功能化的特性，使其具有廣闊的應用前景。

2 靜電紡絲技術制備抗菌納米纖維

2.1 添加醫藥抗菌劑

添加醫藥抗菌劑即直接或間接在靜電紡絲過程中加入具有抗菌性能的物質。生物醫用材料對抗菌性能要求高，抗生素由于具有較高的抗菌活性常直接作為抗菌劑加入靜電紡絲溶液中[22-23]。抗生素主要有氨基糖苷類、β-內酰胺類、糖肽類、喹諾酮類、磺胺類和四環素類。不同濃度不同類型的抗生素已經被摻入到多種聚合物混紡的納米纖維中，藥物釋放速率也被證明隨不同抗生素、特定抗生素被負載到纖維中的形式(酸、堿、鹽形式)、負載方式(嵌入、涂覆、表面沉積、芯鞘包埋等)以及各種添加劑的加入而變化[24]。He等人將不同質量的恩諾沙星抗生素直接加入到聚偏氟乙烯(PVDF)紡絲液中，混合均勻后通過靜電紡絲將恩諾沙星吸附到PVDF納米纖維上，并研究了藥物的釋放擴散過程。研究結果表明該納米纖維膜對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌具有良好的抑菌活性，恩諾沙星在堿性環境下釋放速度較快，先呈爆發式釋放后持續穩定釋放(圖3)[25]，非常適用于創面愈合。

圖3 載藥纖維膜的釋放曲線Fig.3 Release curve of drug-loaded fibrous membranes

除了溶液靜電紡絲，熔融靜電紡絲也可以直接將抗菌劑加入電紡前驅體中，制備具有抗菌性能的電紡纖維。如He等[26]將不同共混比例的聚己內酯(PCL)、聚乙二醇(PEG)和環丙沙星(Cip)加入注射器進行熔融靜電紡絲，成功制備了含醫藥抗菌劑環丙沙星的復合納米纖維膜。該研究采用瓊脂擴散法通過測量抑菌圈的大小測定抗菌性能，對于金黃色葡萄球菌，PCL/Cip、 5PEG/95PCL/Cip、10PEG/90PCL/Cip和15PEG/85PCL/Cip復合纖維氈的抑制圈分別為(1.92±0.22)、(1.86±0.13)、(2.32±0.18)和(2.65±0.15)mm，結果表明環丙沙星負載的復合纖維氈均具有不同程度的抗菌活性，而且聚乙二醇的存在改變了藥物的釋放機制。

2.2 添加天然抗菌劑

天然抗菌劑是指對殼聚糖、甲殼質、蘆薈、艾蒿、透明質酸、明膠及天然肽等本身具有抗菌活性的天然物質簡單改性作為主成分制得的抗菌劑。靜電紡絲殼聚糖或其他天然聚合物得到的復合納米纖維具有良好的生物相容性、生物可降解性、無毒性等優點，非常適用于組織工程和再生醫學的應用[27-29]。殼聚糖可以溶于有機酸，其抗菌活性受溶劑影響，但已有研究表明，陽離子殼聚糖衍生物可以在較大pH范圍內溶解并增強抗菌性。通過陽離子接枝可以提高殼聚糖正電荷密度，如引入季銨鹽基團(圖4)[30-31]、多胺、胍基和氨基酸[32-33]。Wang等通過靜電紡絲制備了季銨鹽殼聚糖混合聚乙烯醇的復合納米纖維膜，其具有良好的抗菌效果。

圖4 季銨化殼聚糖改性聚丙烯腈納米纖維膜的抗菌活性Fig.4 Antibacterial activity of quaternified chitosan modified nanofiber membrane

天然抗菌劑蘆薈(AV)的機械強度差，是限制其應用的因素之一。將AV與其他聚合物結合可以有效改善AV的生物降解率和優化其機械性能。Aghamohamadi等[34]采用靜電紡絲法成功合成了聚乙烯吡咯烷酮(PVP)與AV的復合納米纖維膜，經過抗菌藥敏試驗發現無細菌和病毒生長。Yin等[35]采用斜坡式自由表面靜電紡絲裝置，制備了聚己內酯/殼聚糖/蘆薈(PCL/CS/AV)納米纖維膜，該研究表明AV的加入增強了納米纖維膜的親水性和孔徑，進而提高了納米纖維膜的抗菌性能和生物相容性，抑菌試驗也表明，該纖維膜對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抑菌率均在96%以上，可作為新型抗菌創面敷料。

2.3 添加無機抗菌劑

由于抗生素的濫用導致細菌耐藥性增強，無機抗菌劑得到更多關注。Zn、Ag、Cu和Au微納米形態及TiO2、ZnO、MgO等金屬氧化物都是無機抗菌劑，這些無機材料均具有一定抗菌性能[36-39]。Bhadra等人[40]在聚苯乙烯(PS)電紡膜上涂覆聚苯胺-銀納米粒子。Celebioglu等[41]采用溶液靜電紡絲法制備了環糊精和納米銀抗菌纖維。由于銀納米粒子的殺菌特性，這些納米纖維對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的生長有明顯抑制作用。除了納米銀，納米鋅、納米銅及納米金也常被引入靜電紡絲納米纖維中[42-44]，使其具有抗菌性。有研究表明引入不同的無機抗菌劑后聚乙烯醇縮丁醛納米纖維膜的抗菌性能依次為CuO>ZnO=ZnO/TiO2>AgNO3>ZrO2>TiO2>SrO2(圖5)[45]。

圖5 添加無機抗菌劑的纖維膜對大腸桿菌的抑制作用Fig.5 Inhibitory effect of fiber membrane with inorganic antimicrobial agent on E. coli

2.4 添加有機抗菌劑

有機抗菌劑主要是以季銨鹽類、雙胍類、醇類、有機鹵化物、有機金屬化合物等為主要成分的抗菌劑。如Bai等用靜電紡絲法制備含N—Br鍵的N-鹵胺納米纖維，其中含N—Br鍵的N-鹵胺化合物作為殺菌成分對殺滅大腸桿菌非常有效(圖6)[46]。氯己定、三氯生等常用有機抗菌劑對革蘭氏陽性菌(如金黃色葡萄球菌)和革蘭氏陰性菌(如大腸桿菌)都是強效廣譜生物殺菌劑，大多已應用于傳統纖維和紡織品中[47-48]。所以很多研究者將這些有機殺菌劑加入電紡前驅體溶液中，制備具有抗菌性能的納米纖維。

圖6 N-鹵胺的殺菌模式圖解：接觸殺菌、釋放殺菌和轉移殺菌Fig.6 Illustration showing the bactericidal modes of N-halamines: contact killing, release killing and transfer killing

2.5 其他功能化改性

抗菌劑與納米纖維間簡單包埋、涂覆等物理吸附過程導致二者的結合并不牢固，如銀和納米纖維間要么具有離子相互作用形成離子鍵合銀，要么作為納米粒子嵌入聚合物復合材料中，納米粒子與聚合物沒有化學相互作用，也沒有引起任何化學變化[49]。許多聚合物納米纖維膜是惰性的，難以在其表面上改性以建立活性位點，金屬納米粒子易從納米纖維表面脫落，降低抗菌效果持久性。有研究提出將銀納米粒子固定在TiO2納米粒子上后負載到醋酸纖維素納米纖維中。與直接負載銀納米粒子相比，固定在TiO2上可以減少銀納米粒子的脫落，延長抗菌時效[50]。除此之外芯鞘結構的納米纖維外層作為物理屏障，也能防止抗菌劑的爆發性釋放。但要獲得較長的釋放，納米纖維和抗菌物質間需要很強的非共價結合，通常需要交聯過程。靜電紡絲法制備抗菌納米纖維，除了直接加入抗菌劑以外還可以在紡絲結束后對所得納米纖維進行其他功能化，如共價聚合物接枝、等離子體處理、離子化射流沉積技術等[51-53]。

Chen等人采用等離子體預處理、紫外誘導接枝4-乙烯基吡啶及季銨化等工藝對靜電紡聚氨酯(PU)纖維膜進行表面改性，制備了一種新型抗菌材料，改性后的纖維膜對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌均具有高效的抗菌活性(圖7)[54]。Badaraev等[55]用磁控等離子體濺射銅修飾靜電紡含氟聚合物材料，在聚合物基體纖維上形成一層銅/氧化銅薄膜使其具有抑菌性能。Wang等[56]合成了一系列蒙脫石摻雜負載陽離子光敏劑的復合納米纖維，這些納米纖維具有內部和表面可功能化位點，用于固定陽離子光敏劑。該研究成果表明在可見光下，這種材料能夠在30 min內使革蘭氏陽性金黃色葡萄球菌光致失活達99.997%。

圖7 各基質在金黃色葡萄球菌懸浮液浸泡后SEM圖像Fig.7 SEM images of different matrices soaked in S. aureus suspension

殼聚糖的羥基基團具有豐富的電子密度，可以螯合鈦離子，在納米粒子和納米纖維之間形成牢固的鍵。聚多巴胺具有大量的鄰苯二酚基團和胺基，鄰苯二酚基團有很強的粘附力，具有極強的還原性能，能夠還原金屬離子或與氨基官能團反應。因此，基于聚多巴胺的納米纖維膜后改性不僅可以為功能性改性提供更多的活性位點，還可以增強納米纖維和抗菌物質之間的相互作用，進一步提高抗菌納米纖維膜結構的穩定性[57]。

抗菌納米纖維對于抗菌的需求分兩種，長時間持續性抗菌活性和短時間爆發性抗菌活性。對于靜電紡絲抗菌納米纖維，多應用在生物醫學材料、食品包裝和空氣過濾材料，更需要持久性的抗菌活性。為避免爆發性釋放，可采用同軸電紡絲技術[58-59]，在這種技術中，外層溶液含有聚合物，而內部溶液含有殺菌劑，聚合物形成一個鞘，將抗菌劑包裹在納米纖維中。抗菌劑緩慢釋放，抗菌效果更加持久。與同軸紡絲類似，制備多層包覆抗菌納米纖維同樣會延緩抗菌劑釋放。

3 靜電紡絲制備抗菌納米纖維應用

3.1 納米纖維的抗菌特性

抗菌納米纖維通過多種作用機制可有效預防細菌繁殖和感染，包括抗菌金屬離子作用、抗菌藥物作用等[60]。Zn、Ag、Cu和Au微納米形態及TiO2、ZnO、MgO等金屬氧化物經常通過包埋和表面涂覆等方法固定在納米纖維上。有研究表明金屬納米顆粒吸附在細胞壁上，引起膜張力增大導致細胞機械變形、細胞破裂、細胞死亡，從而達到抗菌效果[61]。銀及其納米粒子破壞細菌細胞壁膜，與脫氧核糖核酸(DNA)和蛋白質在內的含磷和含硫生物分子相互作用而滲透到細胞內部造成破壞來有效抑制細菌。金屬氧化物大多以其離子形式起抗菌作用，其抗菌作用機理有兩種觀點，一是納米纖維釋放出金屬陽離子引起微生物膜內外離子濃度差，阻礙細胞維持生理所必須的小分子和大分子物質的運輸，且金屬離子易引起酶蛋白分子失活，破壞DNA的合成。二是使納米纖維表面產生催化活性中心，激活纖維表面空氣或水中的氧，產生羥基自由基和活性氧離子，從而破壞細菌細胞增殖能力。如ZnO在納米纖維表面形成的活性羥基自由基。這些自由基可以與細胞膜、DNA和細胞蛋白質發生反應，導致細胞死亡[62]。TiO2具有光誘導殺菌特性，在紫外線照射下，TiO2產生活性氧，如超氧化物、氧自由基等，破壞細菌細胞壁并阻斷其呼吸系統。

納米纖維含天然抗菌劑種類不同，抗菌機理不同，含殼聚糖納米纖維由于活性氨基和羥基的存在，表現出獨特的聚陽離子、螯合和成膜性。殼聚糖聚陽離子(質子化氨基)可以與細胞表面的陰離子基團相互作用，從而導致膜滲透性增加，生物蛋白和其他細胞內成分滲漏，最終導致細胞死亡[63]。另一種抗菌機制為與微量元素或必需營養物形成殼聚糖螯合物，抑制細胞內酶的活性[64]。含精油納米纖維對細菌細胞的殺菌作用包括：破壞細胞壁和細胞膜，干擾能量代謝系統，影響細胞內蛋白質、DNA合成和代謝過程，改變細胞形態，影響細胞分裂，抑制生物膜形成，這主要與精油內酚類化合物有關[65]。

有機抗菌劑、醫藥抗菌劑與聚合物混紡得到的抗菌納米纖維主要通過四種作用機制實現抗菌性能，破壞細菌細胞壁合成、核酸的合成和必需的蛋白質合成，及阻礙主要代謝途徑[66]。如有機硅季銨鹽十八烷基二甲基三甲硅丙基氯化銨(QAS)是一種新型的陽離子抗菌劑，通過QAS硅氧烷基團和聚合物官能團(如羥基)的相互作用，使納米纖維獲得了抗菌活性。QAS納米纖維可能的抗菌機制包括:帶正電荷的四價氮對帶相反電荷的細菌膜的靜電吸引，產生由不均勻的表面電荷分布引起的膜變形破裂；將QAS的疏水長鏈烷基插入細菌膜中，改變膜理化性質，釋放細菌內物質[67]。氯己定是帶正電荷的疏水親脂性分子，與細菌膜中負電荷磷酸基團的相互作用，改變細胞的滲透平衡并導致膜滲漏[68]。將聚丙烯腈納米纖維膜在羥胺水溶液中進行處理，制備偕胺肟納米纖維膜，偕胺肟基團和金屬離子之間的配位將與細菌競爭微生物生存所必需的金屬離子，從而抑制細胞復制和生長。抗菌性可能源于含氮、硫或氧的生物分子對電子供體基團的強結合能力[69]。

3.2 生物醫用領域的應用

細菌感染是造成慢性感染的主要原因之一[70]，所以抗菌材料在生物醫用領域(如傷口敷料、生物組織支架等)一直是重要的研究方向。通過將藥物分子加入到電紡前驅體溶液中，或將藥物包裹在電紡絲納米纖維表面等方法制備納米纖維支架，藥物分子利用孔隙結構緩慢釋放作用于機體從而達到藥物傳遞[71]。到目前為止許多藥物，包括抗癌藥物、蛋白質、抗生素、核糖核酸(RNA)和脫氧核糖核酸(DNA)已經成功負載在靜電紡絲納米纖維上[72]。在靜電紡絲納米纖維前驅體溶液中可以加入用于促進組織生長皮膚愈合的藥物分子以及抗菌物質，得到的靜電紡絲納米纖維用于傷口敷料有助于皮膚的治療[73]。

如Bakhsheshi-Rad等將慶大霉素(Gn)加入殼聚糖(CS)與海藻酸鈉(Alg)混合溶液后進行靜電紡絲，制備了一種具有高抗菌性能的納米材料用于傷口敷料。慶大霉素含量為19%(質量分數)的殼聚糖海藻酸鹽納米纖維的藥物累積釋放量在前12 h內達到69.93%，初始爆發后，慶大霉素逐漸持續釋放直至第10天。抗微生物實驗表明，負載慶大霉素的納米纖維具有良好的抗菌性能。慶大霉素濃度越高，殼聚糖海藻酸鹽納米纖維的抗菌性能越好(圖8)[74]。該課題組還進行了體外細胞培養研究，添加1%慶大霉素的殼聚糖海藻酸鹽創面敷料對細胞粘附和增殖的促進作用大于添加更高濃度慶大霉素的創面敷料。體內實驗表明，負載3%慶大霉素的殼聚糖海藻酸鹽納米纖維可促進小鼠模型皮膚再生，是藥物傳遞系統和皮膚再生應用的良好候選材料。電紡納米纖維通過改變疏水性親水性材料、微觀結構(非均質結構、核鞘結構和多層結構)或宏觀結構，在控制藥物釋放速率方面具有顯著優勢。目前，刺激響應納米纖維的出現提供了一種時間和空間上控制藥物遞送和釋放的新策略[75]。

Wang等[76]采用靜電紡絲技術制備了乙烯-乙烯醇(EVOH)聚合物納米纖維，研究了該納米纖維用于傷口敷料的相關性能。研究結果表明該納米纖維具有較好的吸液能力，每單位重量比棉紗多吸22%的水。水蒸氣的透過率也與棉紗相當。含銀粒子的納米纖維比含慶大霉素和碘的納米纖維具有更強的抗菌能力，這些特性均表明該納米纖維可作為傷口敷料的備選材料。而靜電紡絲支架目前已經在皮膚、骨骼、血管、神經組織工程等多個領域進行了研究。此外，靜電紡絲材料還被應用于其他組織工程，如軟骨、心臟、韌帶、呼吸、聲帶等也有相關研究報道[77-78]。

3.3 在食品包裝領域的應用

靜電紡絲還適用于制造智能食品包裝[79]。 Wang等[80]通過靜電紡絲法制備β-環糊精/槲皮素復合納米纖維膜，將具有抗菌性能的槲皮素包裹在β-環糊精的空腔結構中形成包合物，實驗表明靜電紡絲后得到的復合納米纖維對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌均形成了抑菌圈，證明具備抗菌性，為后續抗菌包裝材料的研究提供依據。Liu等[81]以靜電紡絲明膠、殼聚糖和3-苯基乳酸制備了抗菌納米纖維膜。3-苯基乳酸在聚合物中的含量為2%(質量分數)時，納米纖維膜具有最佳的熱穩定性、水穩定性和水蒸氣滲透性。添加3-苯基乳酸比不添加的明膠殼聚糖電紡納米纖維具有更好的抗菌效果，在30 min內，明膠/殼聚糖/3-苯基乳酸纖維膜減少沙門氏菌和金黃色葡萄球菌約4 log CFU/mL，實驗結果表明明膠/殼聚糖/3-苯基乳酸納米纖維膜可以作為優異的食品包裝。通過引入抗菌劑、抗氧化劑、除氧劑、吸濕劑或氣味吸收劑及其他生物活性物質改善納米纖維性能，得到的電紡納米纖維更適應包裝環境。

3.4 在空氣過濾領域的應用

空氣中除了有固體灰塵顆粒、CO、SO2等有害氣體，還有細菌、病毒等嚴重危害人們身體健康的微生物，所以對于具有抗菌性能的空氣過濾材料的研究是迫切必要的。在空氣過濾方面，靜電紡絲納米纖維的孔隙結構具有很大優勢，且易引入殺菌劑，以此用來制備抗菌性能纖維。Huang等[82]把1-氯-2,2,5,5-四甲基-4-咪唑烷酮作為鹵胺化合物引入聚丙烯腈納米纖維，電紡形成聚丙烯腈/1-氯-2,2,5,5-四甲基-4-咪唑烷酮納米纖維。實驗表明該納米纖維對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌均有良好的穩定性和抗菌效果，在接觸1 min和10 min內，對接種的金黃色葡萄球菌和大腸桿菌均具有滅活作用。且該納米纖維具有良好的透氣性，可用于防護口罩，阻擋空氣中的致病微生物。Almeida等[83]對靜電紡絲法制備的醋酸纖維素納米纖維和溴化十六烷基吡啶對氣溶膠納米粒子的過濾性能進行了評價。實驗結果表明，該納米纖維具有良好的通透性和對氣溶膠納米顆粒近100%的高效過濾，包括黑碳和新型冠狀病毒。該研究為可再生、無毒、可生物降解和具有抗菌特性的室內空氣過濾器和口罩過濾介質的設計提供選擇。

4 結論與展望

靜電紡絲技術通過將抗菌物質均勻添加到電紡絲前驅體溶液中進行紡絲，或對既得電紡納米纖維后處理進而得到具有抗菌性能的納米纖維。抗菌藥物從納米纖維中緩慢而有控制的釋放是靜電紡絲納米纖維應用的一個重要考慮因素。一些方法如納米纖維的核鞘結構、有機抗菌劑在纖維表面的共價鍵結合，可以用來維持幾天的釋放。盡管在短時間迅速釋放藥物可能會降低細菌生存率，但在迄今為止的大多數研究中仍不斷追求并希望實現可控逐漸釋放藥物。實驗室中使用簡單裝置來生微型納米纖維，單針和同軸電紡效率低，溶劑有毒性或成本過高而難以擴大等阻礙了抗菌電紡纖維的大規模生產。專業化設備和工藝的進一步發展將有可能提高納米纖維的生產速度，改善藥物釋放特性，研究制備刺激響應型抗菌納米纖維，未來或將實現可控釋放抗菌物質的電紡納米纖維，擴大在生物醫用方面、食品包裝和空氣過濾領域的應用。綜上所述，靜電紡絲技術在制備納米纖維特別是抗菌納米纖維方面已經取得了很大的進展。然而，要充分發揮抗菌納米纖維的潛力，還需要進一步的研究和開發。