靜電紡絲蛋白基納米纖維的研究進(jìn)展

榮令爽，李宇鑫，曹云剛，劉苗苗，范 鑫

（陜西科技大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，陜西西安 710021）

納米纖維是指纖維直徑小于1000 nm的超微細(xì)纖維，因其具備高比表面積而廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、環(huán)保過濾材料、傳感器材料、食品包裝材料等領(lǐng)域。納米纖維可通過模板法[1?2]、相分離法[3]、自組裝法[4]、靜電紡絲（電紡）法等方法制備。靜電紡絲法相較于上述其他方法具有生產(chǎn)設(shè)備簡單、工藝可控、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。隨著靜電紡絲技術(shù)的發(fā)展，用于靜電紡絲的原材料也日趨多元化，如合成高聚物（聚乙烯醇、聚己內(nèi)酯和聚氧化乙烯等）、天然高聚物（蛋白質(zhì)、多糖）。當(dāng)前，以合成高分子溶液或復(fù)配溶液（合成、天然高分子混合溶液）為電紡原料的研究正逐步從纖維結(jié)構(gòu)和材料性能方面向工業(yè)化應(yīng)用方面發(fā)展，但以天然高分子溶液（蛋白質(zhì)、多糖）為電紡原料的研究仍停留在纖維結(jié)構(gòu)調(diào)控和性能探究的初級階段。

目前，應(yīng)用于工業(yè)（如食品工業(yè)和組織工程）中的電紡納米纖維需安全性好和毒性低，故蛋白質(zhì)作為天然高聚物受到越來越多靜電紡絲科研工作者的關(guān)注。同時(shí)，靜電紡絲納米纖維具有高比表面積，且蛋白質(zhì)除了具備良好的生物相容性和降解性等優(yōu)點(diǎn)，還含有大量的活性官能團(tuán)；因此靜電紡絲蛋白基納米纖維兼具納米纖維的結(jié)構(gòu)特征和蛋白質(zhì)的化學(xué)特征，具有良好的應(yīng)用前景。本文主要綜述了靜電紡絲技術(shù)的基本原理、電紡條件對纖維形貌的影響、靜電紡絲蛋白質(zhì)種類及蛋白基納米纖維的應(yīng)用進(jìn)展，靜電紡絲蛋白基納米纖維在食品工業(yè)（食品包裝和天然活性物質(zhì)包埋）、藥物載送及組織工程等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用有望帶來巨大的經(jīng)濟(jì)社會效益和廣闊的發(fā)展空間。

1 靜電紡絲

1.1 靜電紡絲技術(shù)

靜電紡絲是連續(xù)、簡便、有效制備納米纖維的一種技術(shù)。早在二十世紀(jì)初期，F(xiàn)ormhals[5]首次利用靜電場力成功制備了微納米超細(xì)纖維，并發(fā)明了制備裝置；隨后在二十世紀(jì)七十年代，Baumgarten[6]以二甲基酰胺為電紡液，利用靜電紡絲技術(shù)制備了直徑小于1 μm的纖維；進(jìn)入二十一世紀(jì)以來，納米纖維的研究正逐步從纖維結(jié)構(gòu)調(diào)控、材料性能優(yōu)化等方面向工業(yè)化應(yīng)用方面發(fā)展。靜電紡絲裝置主要由高壓靜電電源、電紡液供給系統(tǒng)（微量注射泵和注射器）、針頭及接收裝置共同組成，如圖1所示。靜電紡絲技術(shù)原理是聚合物溶液受到電場力和表面張力的共同作用而發(fā)生形變，在針頭處形成液滴，當(dāng)電場力和聚合物溶液的表面張力相等時(shí)，帶電液滴就會懸掛在針頭的末端并處于一個(gè)平衡狀態(tài)。隨著電壓繼續(xù)升高，電場力持續(xù)增大，針頭末端本來呈半球狀的帶電液滴在電場力的作用下逐漸被拉伸成為錐形，稱之為泰勒錐[7]。當(dāng)電場力足夠大，能夠克服表面張力時(shí)，帶電液滴就會從泰勒錐尖端噴出，形成高速射流，再經(jīng)過短距離電場力高速拉伸、溶劑揮發(fā)和固化等過程，最終在接收裝置上沉積得到纖維[8]。

圖1 靜電紡絲裝置原理圖Fig.1 Schematic diagram of electrospinning device

1.2 靜電紡絲原材料

靜電紡絲的原材料至少需要滿足以下兩個(gè)條件：一是原材料的相對分子質(zhì)量足夠讓分子鏈發(fā)生纏結(jié)；二是原材料能夠在特定溶劑中溶解或者受熱熔融后可以形成具有黏彈特性流體[9]。高分子聚合物因同時(shí)具備上述兩個(gè)條件而被廣泛應(yīng)用于靜電紡絲技術(shù)，包括合成高聚物（聚乙烯醇、聚己內(nèi)酯和聚氧化乙烯等）、天然高聚物（蛋白質(zhì)、多糖）以及二者的混合物[10]。相較于合成高聚物，天然高聚物具有來源廣泛、成本低廉、生物相容性良好和生物可降解等優(yōu)點(diǎn)，但可紡性較差成為制約其進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸。

1.3 電紡條件對纖維形貌的影響

不同電紡條件，如電紡液流速、電壓、電紡液濃度和接收距離等因素都會影響制備出的纖維形貌（直徑、孔隙率、長度和卷曲度等）。其中，較為直觀的就是對纖維直徑的改變。

1.3.1 電紡液流速 電紡液流速會影響溶劑揮發(fā)與纖維的固化時(shí)間；同時(shí)還在一定程度上決定著電紡過程中電紡液流量，影響泰勒錐的形狀，進(jìn)而影響電紡纖維形貌。Shi等[11]以聚丙烯腈/聚氨酯溶液為電紡液，探究了不同流速（0.5、0.8、1.0和1.3 mL/h）對纖維形貌的影響；研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)流速從0.5增至1.3 mL/h，電紡納米纖維的平均直徑由94.23增至258.51 nm。汪成偉[12]以聚乙烯醇溶液為電紡液，研究了不同流速（0.15、0.25和0.35 mL/h）對纖維形貌的影響；結(jié)果表明，隨著電紡液流速的提高，電紡納米纖維的直徑增加。綜上，在電紡電壓固定時(shí)，電紡液流速增加導(dǎo)致微射流變粗，由于電場強(qiáng)度并未改變，因此使其拉伸細(xì)化程度降低，納米纖維的直徑增加。

1.3.2 電壓 電壓是電紡液從液滴轉(zhuǎn)變?yōu)槔w維的主要驅(qū)動力。袁微微等[13]制備了聚乳酸基納米纖維，研究發(fā)現(xiàn)隨著電壓（15、18、21和24 kV）的增加，聚乳酸基纖維直徑減小。然而，Demir等[14]研究發(fā)現(xiàn)，電壓在一定范圍內(nèi)（7.5、9.5、11.5、13.5和15.5 kV）增加會導(dǎo)致電紡纖維直徑增加。綜上，當(dāng)電壓增加時(shí)，射流所帶的電荷增多，使針頭處的電紡液得到充分拉伸，導(dǎo)致纖維直徑減??；另一方面，在較高電壓作用下，通過針頭噴出的電紡液變多，導(dǎo)致纖維直徑增加。

1.3.3 電紡液濃度 電紡液濃度對納米纖維的形成至關(guān)重要。Costa等[15]研究了不同濃度聚偏氟乙稀（PVDF）溶液的電紡性能，當(dāng)PVDF濃度小于5 wt%時(shí)，不能得到PVDF基納米纖維；當(dāng)PVDF濃度由10 wt%增大至15 wt%時(shí)，可得到PVDF基納米纖維，且纖維直徑隨濃度的增大而增加。Li等[16]電紡制備了辛烯基琥珀酰化淀粉/普魯蘭多糖復(fù)合納米纖維，研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)普魯蘭多糖濃度為12%時(shí)，隨著電紡液濃度的升高（12%～20%），促進(jìn)了電紡液分子之間的纏結(jié)，導(dǎo)致纖維直徑增加。范鑫[17]研究了不同濃度玉米醇溶蛋白溶液對納米纖維形貌的影響，結(jié)果表明，濃度為20 wt%的玉米醇溶蛋白溶液所得纖維含有大量串珠、斷裂等現(xiàn)象；當(dāng)增加玉米醇溶蛋白溶液的濃度至25 wt%時(shí)，電紡所得纖維連續(xù)、穩(wěn)定，無斷裂現(xiàn)象。綜上，電紡液濃度不但能影響最終制備納米纖維的直徑和外觀形貌，而且還會影響到納米纖維在電紡過程中的連續(xù)性和穩(wěn)定性；當(dāng)溶液的濃度過低時(shí)，表面張力較小，在針頭處以液滴形式流出，難以成絲；當(dāng)溶液的濃度過高時(shí)，表面張力大于電場力，易在針頭處堵塞，同樣無法成絲。

1.3.4 接收距離 針頭末端到接收器的中心距離為接收距離。電場強(qiáng)度的變化與接收距離的變化直接相關(guān)，而噴射流被拉伸成纖維的主要動力就是靜電場力。Banikazemi等[18]利用靜電紡絲技術(shù)制備聚氨酯基納米纖維，研究了不同接收距離（13、17和21 cm）對纖維形貌的影響；研究發(fā)現(xiàn)，隨著接收距離的增加，纖維平均直徑先減小后增加。這是由于接收距離的增加，紡絲射流經(jīng)過的路徑變長，導(dǎo)致纖維直徑減?。浑S著接收距離的繼續(xù)增加，在同一電壓下，可能施加在纖維上的拉伸力減弱，從而導(dǎo)致纖維直徑增加。Dong等[19]制備了殼聚糖/聚乳酸復(fù)合納米纖維，研究發(fā)現(xiàn)，隨著接收距離（10、16和22 cm）的增加，納米纖維的穩(wěn)定性提高，最終得到直徑均勻且無串珠的納米纖維。這是由于接收距離長，射流溶劑揮發(fā)時(shí)間增加，可使電紡液充分拉伸形成均勻且直徑較小的纖維；接收距離短，射流溶劑揮發(fā)不完全就沉積到接收裝置，得到形貌較差的纖維。綜上，接收距離在一定范圍內(nèi)增大，有利于減小纖維直徑；但若接收距離持續(xù)增大，所得纖維直徑反而增加。

1.3.5 電紡液導(dǎo)電性 電紡液的導(dǎo)電性也會影響制備納米纖維的形貌。Uyar等[20]研究表明，向聚苯乙烯溶液中加入鹽溶液，減少了聚苯乙烯基納米纖維的串珠。這是由于鹽溶液增加了射流中表面電荷的密度和靜電作用力，同時(shí)使射流表面切向電場減弱所致。然而，Naseri等[21]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)導(dǎo)電性過高時(shí)，沿流體表面的切向電場極小，導(dǎo)致泰勒錐無法形成，進(jìn)而影響纖維的制備。綜上，在一定范圍內(nèi)，高導(dǎo)電性的電紡液攜帶的電荷多，在高壓靜電場的作用下，受到的拉伸作用強(qiáng)，纖維直徑?。坏蛯?dǎo)電性的電紡液反之。

1.3.6 接收器形狀 不同形狀的靜電紡絲接收器可以影響空間電場的分布，進(jìn)而影響纖維形貌。目前，收集纖維的靜電紡絲接收器主要為兩種：動態(tài)接收器和靜態(tài)接收器[22]。動態(tài)接收器可分為：滾筒接收器、籠型轉(zhuǎn)子接收器和碟片狀接收器等，如圖2所示；靜態(tài)接收器可分為：條形電極接收器、環(huán)形電極接收器和片狀電極接收器等，如圖3所示。常規(guī)接收器（如滾筒接收器，圖2a）得到的纖維無取向度，然而Jafari等[23]利用籠型動態(tài)接收器（圖2b）替代滾筒接收器進(jìn)行纖維收集，研究發(fā)現(xiàn)，其所收集纖維的排列更加趨于有序整齊，而且纖維方便進(jìn)行轉(zhuǎn)移。此外，F(xiàn)an等[24]通過設(shè)計(jì)獨(dú)特的靜電紡絲接收器（中間絕緣，兩端導(dǎo)電，圖3d）收集纖維，獲得了定向排列（具有一定取向度）的納米纖維。綜上，為更好制備形貌多樣的納米纖維，需考慮不同接收器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和接收效果，以選擇合適的靜電紡絲接收器。

圖2 靜電紡絲動態(tài)接收器Fig.2 Electrospun dynamic collectors

圖3 靜電紡絲靜態(tài)接收器Fig.3 Electrospun static collectors

2 靜電紡絲蛋白基納米纖維的蛋白種類

目前，應(yīng)用于靜電紡絲的蛋白質(zhì)主要有大豆分離蛋白、玉米醇溶蛋白和明膠等，如圖4所示。但是蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)（二級結(jié)構(gòu)和三級結(jié)構(gòu)）復(fù)雜導(dǎo)致其可紡性差[25]，且蛋白基納米纖維的力學(xué)性能較差，進(jìn)一步限制了其應(yīng)用。因此，常將蛋白質(zhì)與其他天然或合成高聚物混合后進(jìn)行靜電紡絲。

圖4 靜電紡絲蛋白基納米纖維的蛋白種類Fig.4 Protein species of electrospun protein-based nanofibers

2.1 大豆分離蛋白

大豆分離蛋白（SPI）作為一種從大豆中分離提取、成本低廉的植物蛋白，具有良好的加工應(yīng)用特性。但是，純SPI溶液可紡性較差，故研究者多制備以SPI為基本物質(zhì)的復(fù)合納米纖維。Ana等[26]研究表明，在SPI中加入0.8 wt%的PEO后可使其可紡性增強(qiáng)，這是由于PEO增強(qiáng)了聚合物分子鏈之間的纏結(jié)，提高了蛋白質(zhì)溶液的粘度，防止了聚合物射流在電紡液的表面張力作用下破碎成液滴；同時(shí)還降低了溶液的導(dǎo)電性，提高了SPI的可紡性。Souzandeh等[27]利用靜電紡絲技術(shù)制備了SPI/聚乙烯醇（PVA）復(fù)合納米纖維，研究表明，添加不同SPI含量，所得納米纖維的直徑和孔徑相似，但當(dāng)SPI和PVA添加量為1:1時(shí)，該納米纖維具有最佳的污染物過濾效率。

2.2 玉米醇溶蛋白

玉米醇溶蛋白（Zein）是一種來自玉米胚乳的植物蛋白，具有良好的疏水性、成膜性和阻氧性，能有效降低水和氧氣等環(huán)境因素對產(chǎn)品性能的影響。Moomand等[28]研究了通過靜電紡絲Zein溶液制備納米纖維包封魚油，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過Zein納米纖維包封后的魚油穩(wěn)定性有了顯著地提高，且對魚油的包封效率達(dá)到96%。B?hmer-Maas等[29]電紡制備了負(fù)載二氧化鈦的Zein納米纖維，研究發(fā)現(xiàn)，隨著二氧化鈦濃度的增加，納米纖維的直徑減小，并且所得納米纖維的熱穩(wěn)定性增強(qiáng)。Fan[30]采用復(fù)合溶劑（丙酮-正丁醇-水）溶解Zein后，得到亞穩(wěn)態(tài)Zein溶液，通過靜電紡絲技術(shù)得到致密的棒狀納米纖維膜（圖5a）和疏松的帶狀納米纖維膜（圖5b）；研究發(fā)現(xiàn)，疏松的帶狀納米纖維膜與傳統(tǒng)的棒狀纖維膜相比，比表面積和孔隙率增加。Jiang等[31]制備得到聚已內(nèi)酯（PCL）/Zein納米纖維，研究發(fā)現(xiàn)PCL的加入改善了純Zein納米纖維在水中的穩(wěn)定性。

圖5 不同形貌玉米醇溶蛋白纖維膜的制備示意圖及過濾機(jī)理圖[30]Fig.5 Diagram of preparation and filtration mechanism of zein fiber with different morphologies[30]

2.3 明膠

明膠是動物蛋白質(zhì)的一種，同時(shí)也是重要的天然生物高分子材料之一，有一定的營養(yǎng)成分，且具有較好的成膜性、生物相容性和生物可降解性。Souzandeh等[32]利用靜電紡絲技術(shù)制備了交聯(lián)的明膠納米纖維，研究發(fā)現(xiàn)，隨著交聯(lián)劑（戊二醛）濃度升高，纖維直徑增加；但交聯(lián)劑添加量超過30%時(shí)，纖維的可紡性變得較差。Deng等[33]研究表明，通過靜電紡絲制得明膠/Zein復(fù)合納米纖維，發(fā)現(xiàn)當(dāng)二者添加的質(zhì)量比為1:1時(shí)納米纖維疏水性最好；與純明膠或Zein納米纖維相比，電紡明膠/Zein復(fù)合納米纖維在水或乙醇中浸泡24 h后仍然能保持其三維多孔結(jié)構(gòu)，且其機(jī)械性能隨明膠濃度的增大而增加。

2.4 絲素蛋白

絲素蛋白是一種來源于蠶絲、機(jī)械性能較為突出的天然高純度蛋白質(zhì)，具有良好的透氧性和生物降解性，可作為新型功能材料。Zhou等[34]發(fā)現(xiàn)隨著絲素蛋白溶液濃度的升高，所制備纖維的直徑增加，這是由于絲素蛋白具有快速凝膠化的特性；當(dāng)絲素蛋白溶液射流從泰勒錐尖端噴出時(shí)，蛋白質(zhì)立即凝固，從而阻礙了流動射流變薄，導(dǎo)致纖維直徑增加。李林昊[35]研究發(fā)現(xiàn)，絲素蛋白/PCL復(fù)合納米纖維支架經(jīng)過甲醇處理后，絲素蛋白的β-折疊增加，PCL分子定向和結(jié)晶度增大，從而提高了絲素蛋白/PCL納米纖維支架的機(jī)械強(qiáng)度。

2.5 膠原蛋白

膠原蛋白是一種結(jié)構(gòu)蛋白，主要分布在畜禽的骨骼、肌腱和皮膚中。此外，膠原蛋白因良好的生物相容性、透水透氣性，且來源豐富，已成為具有廣闊應(yīng)用前景的綠色可再生材料之一。Mioara等[36]電紡制備了聚對苯二甲酸乙酯/膠原蛋白復(fù)合納米纖維，研究發(fā)現(xiàn)，與膠原蛋白納米纖維相比，復(fù)合納米纖維具有更好的力學(xué)性能，且不具有細(xì)胞毒性，因此有良好的組織工程應(yīng)用前景。Kwak等[37]使用雙重?cái)D壓靜電紡絲技術(shù)制得聚乳酸-乙醇酸/膠原蛋白三維復(fù)合支架，結(jié)果表明，膠原蛋白有利于復(fù)合支架中多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的保持，提高了支架的穩(wěn)定性和生物相容性。

2.6 小麥醇溶蛋白

小麥醇溶蛋白是谷類中的一種醇溶性蛋白，具有粘彈性好、延展性高、成膜性佳和安全可靠等特點(diǎn)，是用于靜電紡絲的優(yōu)良蛋白原料之一。汪玉潔[38]通過靜電紡絲制備了小麥醇溶蛋白/二氫楊梅素復(fù)合納米纖維，研究表明，小麥醇溶蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%、二氫楊梅素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%、電壓為15 kV、流速為0.5 mL/h時(shí)，得到直徑為199 nm形貌良好的納米纖維。Akman等[39]在電壓15 kV、流速0.5 mL/h、接收距離10 cm的條件下，以小麥醇溶蛋白溶液為電紡液進(jìn)行靜電紡絲，研究發(fā)現(xiàn)隨著蛋白溶液濃度的升高（10%～25%），纖維直徑增加（258～375 nm）。

2.7 乳清蛋白

乳清蛋白是來源于乳蛋白質(zhì)中的一種球狀蛋白，具有一定的生物學(xué)活性，通過電紡可形成良好性能的納米纖維和生物遞送材料，備受科研工作者關(guān)注。Wen等[40]制備葡聚糖/乳清濃縮蛋白/殼聚糖乳液，通過乳液靜電紡絲法得到復(fù)合納米纖維，并應(yīng)用于番茄紅素的遞送壁材，研究表明，該復(fù)合納米纖維能夠增強(qiáng)番茄紅素的熱穩(wěn)定性。Zhong等[41]利用靜電紡絲技術(shù)制備出乳清蛋白/PEO復(fù)合納米纖維，研究表明，乳清蛋白通過與PEO相互作用，增加了乳清蛋白的可紡性，最終制備的纖維直徑在100～400 nm之間。Mohammadi 等[42]通過靜電紡絲技術(shù)，在沒有采用任何合成聚合物的情況下，制備出食品級乳清分離蛋白/瓜爾膠復(fù)合納米纖維；研究結(jié)果表明，隨著瓜爾膠濃度的增加（0.7%、0.8%和0.9%），乳清分離蛋白的可紡性增加。

2.8 其他蛋白質(zhì)

Minaei等[43]通過靜電紡絲技術(shù)制備了酪蛋白/PEO復(fù)合納米纖維，研究發(fā)現(xiàn)，隨著酪蛋白添加量的增加，可獲得形貌較好的纖維；當(dāng)添加酪蛋白/PEO的比例為90%/10%時(shí)，納米纖維的直徑分布更加均勻。呂婷婷等[44]探究了不同電紡條件對蛋清蛋白/PEO納米纖維形貌的影響，結(jié)果表明，蛋清蛋白溶液和PEO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為50%和3%時(shí)，隨電紡電壓的增加（15～30 kV）、接收距離的增大（10～16 cm）以及流速的降低（0.8～0.2 mL/h），納米纖維的直徑隨之減小。Marysol等[45]通過靜電紡絲技術(shù)制備了莧菜分離蛋白/普魯蘭多糖/葉酸復(fù)合納米纖維，研究發(fā)現(xiàn)，與未被包埋的葉酸相比，在該復(fù)合納米纖維中葉酸的包埋率可達(dá)95.6%以上。

3 靜電紡絲蛋白基納米纖維的應(yīng)用進(jìn)展

靜電紡絲蛋白基納米纖維具有比表面積大、孔隙率高和富含活性基團(tuán)[46]等優(yōu)點(diǎn)，在食品工業(yè)、藥物載送、組織工程和空氣過濾等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。

3.1 食品工業(yè)

3.1.1 食品包裝 目前，食品包裝材料多為石油衍生物生產(chǎn)的塑料所制，具有良好的穩(wěn)定性，但難以降解，對環(huán)境污染有著嚴(yán)重的影響。因此，將生物降解性良好的靜電紡絲蛋白基納米纖維作為食品包裝材料具有廣闊的發(fā)展前景。Neo等[47]采用靜電紡絲技術(shù)制備了負(fù)載沒食子酸的Zein納米纖維，研究表明，此納米纖維的水分活度較低，在溫度為21.5 ℃和相對濕度為58%的情況下，存放60 d仍具有較好的穩(wěn)定性；且制備的納米纖維比表面積大，因此納米纖維表面存在的沒食子酸能夠迅速釋放，在食品包裝中具有應(yīng)用潛力。Li等[48]利用靜電紡絲技術(shù)制備了負(fù)載丁羥基茴香醚的明膠納米纖維，該納米纖維可延長草莓的貨架期，并對金黃色葡萄球菌具有良好抗菌效果。

3.1.2 天然活性物質(zhì)包埋 天然活性物質(zhì)具有良好的生理功能，但光、熱和氧等易導(dǎo)致其活性降低或喪失，利用靜電紡絲納米纖維包埋天然活性物質(zhì)以提高其穩(wěn)定性具有一定的應(yīng)用前景。Aylin等[49]通過靜電紡絲技術(shù)制備了負(fù)載香芹酚的Zein/檸檬酸三丁酯復(fù)合納米纖維，研究發(fā)現(xiàn)，檸檬酸三丁酯的加入，提高了復(fù)合納米纖維的力學(xué)性能；此外，當(dāng)香芹酚的濃度為7%時(shí)，隨著Zein濃度的增加（32%～36%），香芹酚的包埋率逐漸提高（43.7%～81.1%），且包埋于納米纖維內(nèi)的香芹酚具有更好的熱穩(wěn)定性。Sheng等[50]制備了靜電紡絲天然維生素E/蠶絲蛋白復(fù)合納米纖維，并用75%的乙醇蒸汽對其進(jìn)行處理，結(jié)果表明，經(jīng)乙醇蒸汽處理后的復(fù)合纖維的疏水性和抗氧化性都得到了提高。Amin等[51]首次利用靜電紡絲技術(shù)制備了負(fù)載抗壞血酸棕櫚酸酯的Zein納米纖維，研究表明，隨著抗壞血酸棕櫚酸酯濃度的增加（2.5%～10%），其包埋率也顯著增加（22.5%～65.5%）。

3.2 藥物載送

傳統(tǒng)的口服和注射等給藥方式，不利于人體對藥物的吸收，從而影響治療效果。由于靜電紡絲蛋白基納米纖維具有良好的安全性、生物相容性和生物可降解性，將其用作藥物載體，可以增加載藥量、控制藥物緩釋和提高人體對藥物的吸收利用率。Ji等[52]將牛血清蛋白和PCL混合后制成電紡液，比較了兩種靜電紡絲工藝（共混和同軸）所制備復(fù)合納米纖維對所載蛋白質(zhì)生物活性的影響；研究發(fā)現(xiàn)，兩種電紡工藝制備的復(fù)合納米纖維中均降低了蛋白質(zhì)的生物活性，但在添加聚乙二醇后，同軸靜電紡絲工藝制備納米纖維中的蛋白質(zhì)仍可以維持75%的活性，因此可用作一種藥物輸送載體。程國清[53]利用靜電紡絲法獲得了膠原蛋白納米纖維，以此作為5-氟尿嘧啶（5-FU）藥物的載藥基體；結(jié)果表明，采用交聯(lián)后納米纖維進(jìn)行給藥，藥物突釋現(xiàn)象明顯減少，增加了5-FU藥物的利用率，有效降低了副作用的產(chǎn)生，減輕了患者的痛苦。

3.3 組織工程

組織工程支架需具備一定的機(jī)械強(qiáng)度、優(yōu)良的生物相容性和生物可降解性。靜電紡絲納米纖維支架相較于傳統(tǒng)材料，有益于細(xì)胞的生長粘附，同時(shí)還兼具一定的力學(xué)性能。Akturk等[54]利用靜電紡絲技術(shù)制備了負(fù)載納米銀粒子和生物活性玻璃顆粒的明膠納米纖維，研究發(fā)現(xiàn)該納米纖維與骨組織細(xì)胞外基質(zhì)纖維相近，為骨組織工程領(lǐng)域的研究提供了新方向。汪成偉[12]在同一個(gè)滾筒接收器上先電紡沉積一層絲素蛋白納米纖維，再電紡沉積一層PLGA納米纖維，反復(fù)交替沉積，最終制得PLGA/絲素蛋白復(fù)合納米纖維支架；研究發(fā)現(xiàn)，該復(fù)合納米纖維支架抗皺褶性能比純PLGA 皮膚支架有了顯著地提高，還具備優(yōu)良的自動降解性，故此復(fù)合納米纖維支架在皮膚組織工程領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用。Neelima等[55]利用靜電紡絲技術(shù)制備了一種新型SPI/絲素蛋白復(fù)合納米纖維支架，研究表明，經(jīng)乙醇蒸汽處理后納米纖維支架的穩(wěn)定性得到了顯著提高；且隨著支架中SPI含量的增加，細(xì)胞的生長繁殖程度相應(yīng)增加，但對細(xì)胞形態(tài)并無顯著影響，因此，該納米纖維具有潛在的組織工程應(yīng)用前景。

3.4 空氣過濾

近些年，空氣污染已經(jīng)成為不容忽視的環(huán)境問題，有毒的化學(xué)氣體和顆粒污染物通過復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生新的污染物，對人們的健康造成了嚴(yán)重的危害，因此空氣過濾設(shè)備的開發(fā)引起研究者日益的關(guān)注，而作為過濾設(shè)備核心的過濾材料的研發(fā)更是成為全世界的研究熱點(diǎn)。Yu等[56]利用靜電紡絲技術(shù)制備了Zein/PVA復(fù)合納米纖維，并用戊二醛對其進(jìn)行交聯(lián)，研究發(fā)現(xiàn)，交聯(lián)后納米纖維的抗?jié)裥阅茱@著提高；同時(shí)過濾性能得到了很好地保持，對顆粒污染物PM0.3的過濾效率可達(dá)97.3%以上。Souzandeh等[57]通過靜電紡絲制備了四種不同形貌納米纖維，并探究了它們對不同污染物的過濾效率，結(jié)果指出，明膠/纖維素/明膠混合體系的納米纖維對顆粒污染物PM0.3和有毒化學(xué)氣體甲醛的過濾效率最高（PM0.3和甲醛過濾效率分別為99.3%和83.7%）；此外其過濾材料來源廣泛以及環(huán)境友好，因此可以作為一次性多功能空氣過濾材料。Fan等[24]受“拔河斥力”的啟發(fā)，通過設(shè)計(jì)獨(dú)特的靜電紡絲接收基底，構(gòu)建了取向玉米醇溶蛋白基納米纖維（zNFs-Ag@PT），zNFs-Ag@PT相較于非取向玉米醇溶蛋白基納米纖維，具有較好的抗菌活性、力學(xué)性能及疏水特性；同時(shí)表現(xiàn)出較高的氣體及顆粒過濾效率（PM0.3和甲醛過濾效率分別為99.3%和79.48%），因此在空氣過濾領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。

4 展望

靜電紡絲是一種簡單有效、工藝可控、成本低廉的制備納米纖維的新方法；靜電紡絲蛋白基納米纖維具有比表面積大、孔隙率高和獨(dú)特的納米結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于食品工業(yè)、藥物載送、組織工程和空氣過濾等領(lǐng)域，具有良好的發(fā)展前景。但仍存在一定的問題需要給予更多的研究和關(guān)注：一方面以蛋白質(zhì)為電紡原料的研究日益得到科學(xué)工作者的關(guān)注，但其仍停留在纖維結(jié)構(gòu)調(diào)控和性能探究的初級階段；其次，亟需通過研究電紡條件對靜電紡絲蛋白基納米纖維結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵影響因素及作用規(guī)律，以提高其性能（疏水性、抗菌性和力學(xué)性能等）；最后，靜電紡絲制備納米纖維的效率較低，納米纖維產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用仍是一個(gè)挑戰(zhàn)等。因此，未來靜電紡絲蛋白基納米纖維研究的重點(diǎn)主要包括：第一，探究不同電紡條件對蛋白基納米纖維的影響規(guī)律，建立原料-制備工藝-微觀結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對納米纖維的可控構(gòu)建；第二，靜電紡絲蛋白基納米纖維各種功能特性的不斷改善，亦是未來研究的重點(diǎn)方向；第三，從實(shí)驗(yàn)室原型到商業(yè)化應(yīng)用，需要更多的研究及合作來降低生產(chǎn)成本和提高纖維制備效率，以實(shí)現(xiàn)靜電紡絲的產(chǎn)業(yè)化。相信未來隨著靜電紡絲技術(shù)研究的不斷深入、生產(chǎn)設(shè)備以及生產(chǎn)工藝的逐漸優(yōu)化，蛋白基納米纖維的功能特性必將得到進(jìn)一步的提高，其應(yīng)用領(lǐng)域也會更加廣闊。