手术缝线是术后伤口闭合最常用的医疗设备[1],[2]。2024年全球缝线市场规模约为56.6亿美元，并预计从2025年到2032年将以7.2%的复合年增长率（CAGR）增长[3]。随着全球对手术干预需求的增加，人们越来越重视开发具有仿生结构和多功能特性的创新缝线，以促进伤口愈合[4],[5]。与传统熔融纺丝和湿纺等缝线制造技术相比，静电纺丝已成为更吸引人的缝线生产策略[6],[7]。静电纺丝缝线由几纳米到几百纳米直径的纳米纤维组成，这些纳米纤维在形态、规模和结构上与天然细胞外基质（ECM）中的胶原纳米纤维非常相似[8]。此外，这些纳米纤维的比表面积显著高于熔融纺丝或湿纺等方法生产的微纤维，从而为细胞活动提供了更多粘附位点[9]。尽管具有这些优势，静电纺丝纳米纤维缝线仍面临关键挑战，特别是在机械性能和生物功能性方面。
大多数市售缝线，如聚酯制成的缝线，都是不可吸收的[10]。然而，移除这类缝线不仅会给患者带来额外的经济和时间负担，还会增加二次组织损伤的风险[11]。因此，由于其良好的吸收特性和生物相容性，可吸收缝线在临床上更受欢迎[12]。根据原材料的不同，可吸收缝线可以分为天然型和合成型[13]。目前，市售的天然可吸收缝线，如羊肠线或胶原蛋白制成的缝线，往往在某些手术应用中机械强度不足。此外，它们的降解速率可能与组织愈合过程不完全匹配[14]。另外，天然缝线相比合成聚合物缝线，批次间差异较大，这影响了一致性和临床可控性[15],[16]。在合成可吸收缝线中，常用的材料包括聚乳酸（PLA）、聚乙二醇酸（PGA）、聚二氧杂环酮（PDS）和聚己内酯（PCL）[17],[18]。值得注意的是，由于其安全的降解产物（水和二氧化碳）、优异的机械性能和高生物相容性，PCL在最近的研究中成为了一种有前景的材料[19]。此外，PCL已获得美国食品药品监督管理局（FDA）的批准，可用于各种生物医学应用[20]。目前，由于其优势，PCL已成为生物医学领域静电纺丝纳米纤维的最佳聚合物之一[21],[22],[23]。
将手术缝线这种外来材料引入体内会显著增加微生物入侵的风险。微生物的定植可能在缝线表面形成生物膜，导致手术部位感染（SSI），这会增加发病率和死亡率，并增加医疗成本[24],[25],[26],[27]。作为第二常见的医疗相关感染类型，SSI每年在美国约影响30万至50万患者在手术后30天内发病，导致超过13,000人死亡[28]。为了解决这个问题，研究人员开发了能够抑制微生物粘附和定植的抗菌缝线[29],[30]。寡糖壳聚糖（OCS）是一种从壳聚糖（CS）衍生的阳离子碱性寡糖，其分子间力较低，粘度较低，分子量较小[31]。作为一种水溶性低分子量聚合物，OCS可以快速释放到伤口环境中，穿透细菌细胞，结合细胞内的阴离子成分，干扰细菌的生理过程，从而对革兰氏阴性和革兰氏阳性细菌都具有广谱抗菌活性[32]。除了抗菌特性外，OCS还表现出多种生物活性功能，如抗炎、抗氧化、抗癌和免疫调节作用[33],[34]。这些特性使其在组织工程和药物输送系统中得到广泛应用。此外，OCS还能积极促进伤口愈合，使其成为开发先进手术缝线的有希望的候选材料[31]。
最近的进展表明，静电纺丝生物聚合物复合材料在组织修复方面具有潜力。例如，Clerici等人开发了具有良好抗氧化活性的PCL/角蛋白水解物纳米纤维，但其应用仅限于普通伤口敷料，未考虑缝线的机械要求[35]。同样，Yunusov等人制备了具有强抗菌特性的羧甲基纤维素/聚乙烯醇/银纳米粒子纳米纤维；然而，使用金属纳米粒子可能引发长期的生物安全问题[36]。此外，Tamilarasi等人全面回顾了基于壳聚糖的纳米纤维的生物活性，包括抗氧化和抗菌效果，但指出其尚未应用于承重生物医学设备，如手术缝线[37]。Ge等人探索了用于电磁波吸收的导电纤维素基纤维，这与应用伤口闭合明显不同[38]。因此，仍存在一个明确的研究空白：开发一种结合静电纺丝纳米纤维的结构模仿性、天然物质（如OCS）的多功能生物活性（抗氧化、抗菌、促愈合）以及手术操作所需强大机械性能的可吸收缝线。
在这项研究中，我们旨在通过结合改性的静电纺丝和纺织捻合工艺（图1），开发一种新型的OCS/PCL复合缝线，以解决现有可吸收缝线的关键局限性，即机械强度不足、缺乏多功能生物活性以及SSI的高风险。具体来说，使用了具有高速旋转收集器的改性静电纺丝设备来生产单轴取向的纳米纤维纱线，然后将三根纱线捻合成线状缝线，期望这种组合能够协同增强缝线的抗拉强度、打结安全性和结构稳定性，同时保持其生物活性。通过对一系列不含或含有不同OCS含量的PCL纳米纤维线状缝线进行物理化学和生物学分析，包括形态、结构、表面润湿性和机械性能以及体外生物实验和分子对接，从而探索其在手术应用中的潜力。
