电纺法制备纳米纤维及其应用研究
静电纺丝纳米纤维的制备工艺及其应用
综述与专论合成纤维工业,2009,32(4):48CH I N A SY NTHETI C F I B ER I N DUSTRY 收稿日期:2008209217;修改稿收到日期:2009205227。
作者简介:董晓英(1956—),教授。
从事纳米材料的教学和科研工作。
静电纺丝纳米纤维的制备工艺及其应用董晓英1 董 鑫2(1.江苏技术师范学院,江苏常州 213001;2.慕尼黑大学,德国慕尼黑 80539)摘 要:简述了静电纺丝制备纳米纤维的原理;探讨了静电纺丝电压、流速、接收距离、溶剂浓度等工艺条件;介绍了同轴静电纺丝制备皮芯结构的超细纤维及中空纤维技术以及静电纺丝纳米纤维毡在生物医药方面的应用。
指出静电纺丝纳米纤维材料在生物医用方面具有广阔的应用前景,进一步实现低压纺丝、开发无毒溶剂,控制同轴静电纺丝纳米纤维的释放性能是今后静电纺丝的研发方向。
关键词:静电纺丝 纳米纤维 工艺 生物 医药 应用中图分类号:T Q340.64 文献识别码:A 文章编号:100120041(2009)0420048204 静电纺丝法是一种高速制备纳米纤维的有效方法,其装置简单,成本低廉,供选择的基体材料和所载药物种类众多,可通过改变电压、流速、接收距离、溶液浓度配比等纺丝工艺控制纤维形貌,从而控制药物的释放。
静电纺丝纳米纤维在生物、医药方面有着广泛的应用。
1 静电纺丝及其工艺条件静电纺丝技术最早报道于1934年的美国专利[1],发明人For mhals 用静电斥力的推动成功纺出醋酸纤维素纤维,溶剂为丙酮和乙醇。
后来,For mhals 改进了静电纺丝设备,通过多个针头纺丝或复合纺丝[2]。
1969年,英国Tayl or [3]研究了强电场作用下水/油界面的形成。
首先,从理论计算上考虑电场、重力和溶液粘度的影响,建立了锥状物模型,即在高压电场下溶液喷出前的形状称为Tayl or 锥。
Tayl or 还根据其模型计算了喷出时的临界锥角为98.6°。
静电纺丝制备纳米纤维的研究进展
静电纺丝制备纳米纤维的研究进展近年来，随着纳米技术的快速发展，纳米材料的应用领域也越来越广泛，其中纳米纤维作为一种新型材料备受关注。
静电纺丝技术作为一种制备纳米纤维的有效方法，其应用范围也越来越广泛。
本文将介绍静电纺丝制备纳米纤维的研究进展。
1. 静电纺丝技术概述静电纺丝技术是一种利用静电场将高分子材料制备成纳米纤维的方法。
该技术具有工艺简单、操作方便、成本低、制备纤维直径可调等优点。
静电纺丝技术离不开两个基本元素：溶液和电场。
高分子材料被溶解在溶液中，经过特定的处理后，在电场的作用下开始拉伸，形成纳米直径的纤维。
2. 静电纺丝技术的优缺点静电纺丝技术在制备纳米纤维方面具有以下优点：①纳米纤维可以制备成连续的纤维丝，其长度可达数百米以上，比传统制备方法的纤维连续性更好；②纳米纤维直径可在10纳米至数微米之间调节；③制备成纳米纤维的材料具有极高的比表面积和孔隙度，这些特性使得其在耐热性、膜分离、天然气储存等方面具有广泛的应用前景。
但是，静电纺丝技术也存在一些缺点：①纤维纳米化会导致纤维的拉伸力和断裂十分容易，因此在制备过程中需要控制拉伸度，避免出现纤维过于脆弱导致纤维丝断裂；②由于溶剂挥发以及电场造成的电荷分布不均，容易导致制备的纳米材料出现不均匀性和不稳定性。
3. 静电纺丝技术的进展目前，在静电纺丝技术领域已有许多研究成果。
例如，在制备金属氧化物、生物纳米纤维、纳米复合材料、药物等方面都有广泛的应用。
例如，学者们在制备PCL（聚己内酯）纳米纤维过程中，将X射线光谱法和原子力显微镜（AFM）技术结合，探究了纤维的结构、力学性能和表面形貌等。
研究结果表明，纤维直径的变化可以显著改变材料的力学性能。
在另一项研究中，学者们使用静电纺丝技术制备出药物包被的聚乳酸（PLA）纳米纤维，实现了药物的缓慢释放，有望在医药领域得到应用。
4. 静电纺丝技术未来发展随着人们对纳米材料需求的增加，静电纺丝技术的应用前景也越来越广阔。
纳米纤维素纤维的制备及其应用的研究共3篇
纳米纤维素纤维的制备及其应用的研究共3篇纳米纤维素纤维的制备及其应用的研究1纳米纤维素纤维的制备及其应用的研究纤维素是天然存在于植物细胞壁中的一种聚糖，其在工业、农业等领域中有着广泛的应用。
随着纳米技术的发展，纳米纤维素纤维的制备和应用也逐渐引起人们的关注。
纳米级的纤维素纤维是指纤维素在尺寸上达到了纳米级别，其直径一般在5-100纳米之间。
这种纳米纤维素纤维所具有的特殊性质，使得它在材料科学、医学、环境生态等领域具有广泛的应用前景。
然而，想要制备具备纤维素纳米级特征的纤维不是一件容易的事情。
传统的制备方法包括化学法、生物法和物理法等。
其中最为流行的是化学法，但由于该方法的副产物会对环境造成污染，并且该方法需要使用大量的化学药品。
因此，制备具备纳米级纤维素特征的纤维的研究局限于应用领域和研究水平不够高的地区。
随着科技的发展，一种新型的方法-电纺法逐渐走入人们的视野。
电纺技术被认为是制备纳米纤维素纤维的最佳方法之一。
其制备方法简单、成本低廉，而且不对环境造成污染。
电纺法的实现需要特殊的纺丝设备。
该设备将纤维素加入到有机溶剂中，再将该溶液通过电极的高压作用下产生电纺。
由于电极间的电场，这种方法可以制备出具有纳米级直径的纤维素纤维。
同时，这种方法还可以通过控制电纺设备的缺陷和拉伸条件来控制纤维素纤维的直径和质量。
纳米纤维素纤维的应用具有广泛的前景。
目前，它在生物医学、环境科学、电子工业、纸浆生产等领域都得到了广泛的应用。
例如，在生物医学领域，纳米纤维素纤维可以用于制备生物传感器、药物给药系统等，它的表面积大，更容易与细胞结合，具有良好的生物相容性。
而在环境科学领域，纳米纤维素纤维可以用于制备新型的油污染物吸附材料，具有高效，低成本的特点。
此外，在纸浆生产领域，纳米纤维素纤维可以替代传统的成纸材料，制成环保型的纸张。
总之，纳米纤维素纤维的制备和应用是纳米技术所涉及的一个热门领域。
电纺法被认为是制备高质量的纳米级纤维素纤维的最有效方法之一。
纳米纤维素的制备及其应用研究
纳米纤维素的制备及其应用研究随着科技的不断发展，纳米技术已经逐渐成为了研究的热点之一。
其中，纳米纤维素的应用研究也越来越受到人们的关注。
那么，纳米纤维素是什么？为什么会受到如此关注？如何制备和应用呢？下面我们将一一介绍。
一、什么是纳米纤维素？纳米纤维素是由纤维素分子通过纳米技术制备得到的一种纳米材料。
其中，所谓的“纤维素”就是指植物细胞壁和纤维组织中的主要成分之一，是一种具有分子链结构的多糖类物质。
而通过纳米技术将其制备得到的纳米材料，则具有高比表面积、高强度和高导电性等诸多优良性能。
二、纳米纤维素的应用1. 包装材料领域纳米纤维素在包装材料领域中应用广泛。
由于其具有优异的物理和化学性质，可以被用于制造纸张、纸板、纸浆等产品，也可用于食品包装和药品包装中，使其具有更好的密封性和保鲜性。
2. 生物医药领域纳米纤维素在生物医药领域中也有很多应用。
例如，可以被用于制备有生物相容性和生物可分解性的药物载体，也可用于制备伤口敷料和医用纱布等产品，具有促进伤口愈合和防止感染等功效。
3. 纺织品领域纳米纤维素在纺织品领域中也有不少应用。
由于其具有细致的纤维结构和高度的透气性，可以被用于制造高强度、高透气性和柔软舒适的纺织品，例如防紫外线、吸湿排汗和保暖等功能性服装。
三、纳米纤维素的制备纳米纤维素的制备主要有两种方法：溶液旋转和电纺。
1. 溶液旋转法溶液旋转法又称为“涂布法”，是一种将纤维素溶液涂覆在基板上并通过旋转来制备纳米纤维素的方法。
具体步骤为：首先将纤维素溶解于有机溶剂中，形成纤维素溶液。
然后，将溶液涂覆在旋转的基板上，经过一定的旋转速度和旋转时间后，纤维素分子会自组装成纳米纤维素。
2. 电纺法电纺法，则是通过将纤维素溶液置于高电压电场下，在其表面形成纤维素纳米纤维。
具体步骤为：将纤维素溶液注入导电丝网中，在施加高电压电场的同时，导电丝网会向纤维素溶液中放电，从而在纤维素表面形成纳米级纤维。
四、纳米纤维素的未来展望随着纳米技术的不断进步和发展，纳米纤维素在未来将有更广泛的应用前景。
纳米纤维材料的制备及应用研究进展
纳米纤维材料的制备及应用研究进展随着科技的不断发展和人们对生活质量要求的提高，纳米技术越来越受到人们的关注。
纳米技术是通过自组装和自组装性的理论基础，设计和制备具有纳米尺度结构的新材料。
其中，纳米纤维作为一种重要的纳米材料，由于其特殊的性质和广泛的应用前景，吸引了众多科学家的研究。
一、纳米纤维的制备方法：1.电纺法制备：电纺法是目前制备纳米纤维最常用的方法之一，其制备原理是通过利用高电场作用下纤维素溶液表面的荷电作用将喷涌出的液滴逐渐拉伸成纳米级尺寸的纤维。
电纺法制备的纳米纤维具有较高的比表面积、较好的孔结构和悬浮性，因此被广泛应用于材料、能源、生物医学、环保等领域。
2.气相沉积法制备：气相沉积法制备纳米纤维技术是利用化学气相沉积技术，通过控制反应温度、压力和气体流量等工艺条件，在陶瓷、金属、半导体等材料基底上形成纳米级尺寸的纤维。
该方法可以制备出高度纯净和高结晶度的材料纳米纤维，但需要复杂的真空设备，成本较高。
二、纳米纤维材料的应用：1.生物医学领域：纳米纤维作为一种具有生物相容性、可降解、高比表面积、高孔隙率的生物材料，被广泛应用于修复组织、制造3D支架、制备组织工程等方面。
同时，具有药物载体、细胞培养和诊断、生物传感器等免疫分析方面的应用潜力。
2.环境保护领域：纳米纤维材料在环境保护领域的应用主要体现在水处理、废气处理、液态催化剂等方面。
通过制备新型的纳米纤维材料，提高其润湿性、晶体结构、表面活性位点等，在环境中吸附、催化、分解有害物质，具备重要的环保应用价值。
3.能源领域：纳米纤维在能源领域中的应用包括燃料电池、锂离子电池、超级电容器等，利用其高比表面积、高电导性、高反应活性等特点，来提高能量传输和储存的效率。
4.材料领域：纳米纤维材料在材料领域中的应用非常广泛，包括塑料、橡胶、金属、陶瓷等材料的增强、传热性能改善、制备纳米复合材料等方面。
三、纳米纤维材料的未来发展：目前，虽然纳米纤维材料的研究已经取得了一定的进展，但是其制备工艺和应用技术还存在着许多挑战和难点。
静电纺丝制备多级结构微纳米纤维及其应用研究
静电纺丝制备多级结构微纳米纤维及其应用研究赵勇，北京航空航天大学化学与环境学院摘要：静电纺丝技术是一种简单、通用、灵活的制备具有复杂结构与组成的微纳米纤维材料的有效的方法。
本文首先介绍了静电纺丝领域近年来的发展和存在的一些问题，然后介绍了本课题组近年来的一些相关工作。
主要包括利用静电纺丝技术可控制备一维多级结构微纳米纤维材料，并利用材料本身的化学性质和结构特性开发其在特殊浸润性、吸附分离、储能、催化等方面的应用。
最后，对该领域进行了展望。
1．前言自然界众多生物纤维材料都具有复杂的多级微纳米结构，这些微纳结构不仅呈现了丰富多彩的几何构型，更重要的是它们所表现出的许多独特的生物功能。
例如，蜘蛛丝为何高强黏弹？北极熊等耐寒动物的毛发为何保暖性能优异？随着科学技术的发展，这些谜底已经被渐渐解开：材料的微观结构与其宏观性质存在着至关重要的关系。
道法自然，从自然界中获得灵感，是科研工作者制备新型功能材料的最有效途径之一[1]。
静电纺丝法是一种自上而下的微纳米纤维材料加工方法，与传统超细纤维制备方法相比，静电纺丝技术具有明显的简易性、易操作性和普适性，它适用于广泛的高分子材料体系，可以制备出各种形貌结构的纤维。
经过近二十年的深入研究，静电纺丝技术已经从最初的几种简单聚合物溶液和熔体纺丝扩展到不同的高分子体系至聚合物/无机材料复合体系，在结构上也从最初的简单的柱状实心结构发展到复杂的表面或内部多级结构[2-4]。
目前，许多聚合物都可以通过电纺得到超长的微米至纳米级的纤维，而有机小分子或无机材料也可以通过与适当聚合物的掺杂从而得到杂化材料的复合纳米纤维。
这种方法简单快速，一步既可得到大面积的纳米纤维，是一种十分经济有效的一维纳米材料制备的新方法。
电纺法与溶胶－凝胶法或煅烧、原位反应等后处理技术结合，还可以用于制备无机氧化物纤维、金属纤维等等。
国内科研工作者在该领域作出了大量工作，吉林大学王策小组在制备无机/聚合物功能纤维材料方面做了许多杰出的工作[5-7]。
纳米纤维膜在药物传递中的应用研究
纳米纤维膜在药物传递中的应用研究纳米纤维膜是一种由纳米级纤维交织而成的材料，在药物传递中具有很大的应用前景。
目前，纳米纤维膜已经在制备载药纳米颗粒、促进药物释放、增强药物渗透以及修复组织等方面得到广泛应用。
本文将从纳米纤维膜的制备方法、纳米纤维膜在药物传递中的应用、纳米纤维膜的优势以及未来的展望等方面进行探讨。
一、纳米纤维膜的制备方法纳米纤维膜的制备方法主要有电纺法、模板法和溶胶-凝胶法等。
其中，电纺法是目前应用最为广泛和成功的一种方法。
该方法利用电场作用使高分子溶液产生电纺喷射，并使纳米级的纤维逐渐形成纤维束。
最终形成超细纤维膜。
电纺法制备的纳米纤维膜具有纳米级孔径和极大的比表面积，有利于药物的吸附和渗透。
二、纳米纤维膜在药物传递中的应用1.纳米纤维膜的载药性能纳米纤维膜具有很好的载药性能。
由于具有大量的孔隙和极大的比表面积，纳米纤维膜可以提供充分的载药空间和载药能力。
同时，纳米纤维膜上的极性官能团能够吸附药物，从而实现药物的固定和控制释放。
2.纳米纤维膜的控制释放性能纳米纤维膜能够实现具有较好的药物控制释放性能。
采用纳米纤维膜材料进行药物传递可以实现精准控制药物释放速率和时间。
在药物传递中，药物可以在纳米纤维膜中扩散和释放，从而实现长效、持续的药物输送。
3.纳米纤维膜的增强渗透性能采用纳米纤维膜材料进行药物传递还可以大大增强药物的渗透性能。
纳米纤维膜材料可以扩大药物的有效透过面积，从而增强药物的渗透性。
此外，纳米纤维膜材料的多孔结构还可以增加材料内部空隙，从而提高合适药物的渗透性和传输效率。
4.纳米纤维膜的组织修复性能纳米纤维膜还具有组织修复功能。
使用具有组织修复性能的纳米纤维膜材料可以使损伤的组织快速恢复。
纳米纤维膜材料还可以对细胞进行刺激，增强细胞的自我修复能力，从而加速组织的修复过程。
三、纳米纤维膜的优势纳米纤维膜作为一种新型材料，在药物传递领域具有一些明显的优势。
这些优势包括：1.纳米纤维膜具有极高的比表面积和多孔性，能够提供最佳吸附和释放条件。
纳米纤维薄膜的制备及其应用
纳米纤维薄膜的制备及其应用概述：纳米材料是一种具有特殊结构和性能的材料，其颗粒尺寸在1到100纳米之间。
纳米纤维薄膜是一种应用广泛的纳米材料，具有较大的比表面积、高孔隙度和优异的力学性能。
本文将重点介绍纳米纤维薄膜的制备方法以及其在各个领域的应用。
一、纳米纤维薄膜的制备方法1. 电纺法电纺法是一种常用的制备纳米纤维薄膜的方法。
通过电纺设备将聚合物溶液注入电纺针头，利用高电压的电场作用下形成纳米尺寸的纤维，并在收集器上形成纳米纤维薄膜。
电纺法制备出的纳米纤维薄膜具有较高的孔隙度和比表面积，适用于过滤、分离和催化等领域。
2. 真空蒸发法真空蒸发法是一种通过在真空环境下将物质从固态直接转化为气态，再沉积到基底上形成薄膜的方法。
通过调控沉积条件和蒸发物质的性质，可以制备出具有纳米级结构的纤维薄膜。
真空蒸发法具有制备简单、薄膜质量高的优点，适用于光学器件和电子器件等领域。
3. 模板法模板法是一种常用的制备纳米纤维薄膜的方法。
通过选择合适的模板材料和制备工艺，在模板孔隙中填充聚合物或金属溶液，经过固化和模板移除等步骤，最终得到纳米纤维薄膜。
模板法制备的纤维薄膜具有均匀的孔隙结构和较高的孔隙度，适用于储能和催化等领域。
二、纳米纤维薄膜的应用1. 污水处理纳米纤维薄膜具有高孔隙度和大比表面积的特点，可以用于污水处理领域。
通过纳米纤维薄膜的过滤作用，可以有效去除污水中的悬浮颗粒和有机物质，实现水质的净化。
此外，纳米纤维薄膜还可以用作分离膜，对盐水进行脱盐，解决淡水资源的问题。
2. 组织工程纳米纤维薄膜具有类似胶原蛋白的纤维结构和良好的生物相容性，因此在组织工程领域有广泛应用。
通过将细胞种植在纳米纤维薄膜上，可以模拟自然的细胞外基质环境，促进细胞生长和组织再生。
此外，纳米纤维薄膜还可以用于药物缓释，实现局部治疗和控制释放，提高疗效。
3. 能源领域纳米纤维薄膜在能源领域具有重要应用价值。
通过改变纳米纤维薄膜的孔隙结构和材料组成，可以制备出高效的电池隔膜和超级电容器电极等材料，提高能源存储的性能。
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论 文 综 述Overview of Thesises电纺法制备纳米纤维及其应用研究周明阳(东南大学化学化工学院生物材料和药物释放实验室,江苏南京210096)摘 要 静电纺丝(电纺)技术是一种制备直径为数10nm 到数 m 纳米纤维的有效方法,介绍了电纺的工作机理,对电纺条件影响纤维形态和纳米纤维应用进行了综述。
最后对纳米纤维应用发展方向进行了展望。
关键词 电纺 纳米纤维 形态 应用收稿日期:2007-05-10基金项目:国家自然科学基金(N SFC 50573011,50673019)资助作者简介:周明阳(1980~),男,硕士生,从事高分子材料方面的研究Preparation and Applications of Electrospun Nanofibers:An OverviewZhou Mingyang(Biomaterials and Drug Delivery Laboratories,School of Chemistry and Chemical Engineering,Southeast University,Jiangsu Nanjing 210096)Abstract Electrospinning is one of methods to produce continuous nanofibers with diameter in the range of several nanometers to several microns The structure and principle of elec trospinning were introduced briefly The influences of pro cessing conditions on electrospinning and the applications of the nanofibers were summarized Furthermore the way forward for this nanofibers was suggested at lastKeywords electrospinning nanofibers morphology application1电纺及其影响因素1 1 电纺法电纺是指聚合物溶液(或熔体)在高压电场的作用下形成纤维的过程[1],其核心是使带电荷的高分子溶液或熔体在静电场中流动与变形,然后经溶剂蒸发或熔体冷却而固化,于是得到纤维状物质。
它的一个重要特点就是制得的纤维直径可以在数10nm 到数100nm 之间。
电纺可以直接制成超细纤维,这些纤维的特点是具有很大的比表面积和很小的孔径。
电纺技术最早由Formhals 等[2]在1934年实现,并且申请了专利。
电纺装置如图1所示[3],整套装置主要包含3个部分:给料系统,高压电源和接受系统。
图1 电纺装置图1 2 电纺及电纺纤维形貌的影响因素影响电纺过程和电纺纤维形貌的参数很多,具体可分为3大类[4]:!体系参数,如聚合物相对分子质量、相对分子质量分布、分子结构(线性,支化等)以及第21卷第6期2007年6月 化工时刊Chem ical Industry Tim es Vol.21,No.6Jun.6.2007溶液性质(粘度,电导率和表面张力);#过程参数,如浓度、外加电压、喷头与收集板之间的距离;∃环境参数,如温度、湿度和空气流速等[5]。
1 2 1 聚合物的相对分子质量的影响聚合物的相对分子质量对电纺溶液的流变性能、电导率、介电强度以及表面张力有很大的影响[6~10]。
相对分子质量低到一定程度会在电纺过程形成珠状纤维,相对分子质量高时制备的纤维直径粗大[8、11]。
Lee等[12]研究了不同相对分子质量的无规聚乙烯醇水溶液的静电纺丝,结果表明,由聚合度为1700和4000的聚乙烯醇水溶液纺丝制备的纳米纤维平均直径分别为300nm和240nm。
1 2 2 聚合物溶液浓度的影响Zong等[11]研究了溶液浓度对聚-D-乳酸(PD LA)的DMF溶液纺丝的影响。
结果表明,PDLA可纺浓度范围为20%(质量分数)~40%(质量分数),浓度低于20%(质量分数)不能形成纤维,浓度高于40%(质量分数)聚合物溶液不能流动,纺丝无法进行。
另外,聚合物溶液浓度是影响纤维直径的最主要因素之一。
Deitzel等[13、14]指出电纺纤维的直径随着聚合物溶液浓度的增大而增大,当聚合物溶液浓度较高时,纤维直径分布变宽,对聚氧化乙烯(PEO)/H2O 体系进行了电纺,得出了纤维直径与浓度的关系:d %c1/2。
1 2 3 外加电压的影响外加电压对聚合物纺丝的影响Geng XG,Deitzel 和Kleinrneyert等[13]进行了讨论。
纺丝电压的高低对纤维直径的影响很大,一般说来,液体喷射细流表面的电荷密度主要受电场影响,随着对聚合物溶液所加电压的增大,液流表面电荷间的静电斥力增大,液流的分裂能力相应增强,同样,施加电压的增加也会导致带电纤维在电场中产生更大的加速度,这两方面都利于喷射流的形成,有利于纤维的拉长,使得纤维直径变小。
Deitzel等[13]指出外加电压的高低对纤维表面形貌也有影响,随着电压的升高,纤维表面将变得粗糙,当电压高于某一值的时候,纤维表面的&珠状∋结构将增加。
1 2 4 接受距离的影响若接受距离过小,纤维在固化成形过程中,会导致溶剂挥发不完全,收集到的可能是珠状纤维,接受距离过大时,又会使电场强度变小,影响纤维形貌的效果如同外加电压的影响一样。
Christopher[15]对尼龙66纺丝,发现较近的接受距离会产生珠状纤维。
1 2 5 溶液流速的影响聚合物溶液的流速对纤维的直径也有较大影响。
纺丝液流速的增加,不利于纺丝液的凝固。
显然随着溶液流速的增加,纤维的直径变大。
1 2 6 溶剂的影响Son等[16]采用4种不同的溶剂,对聚氧化乙烯(PE O)进行了静电纺丝研究。
结果表明,PEO的氯仿溶液、乙醇溶液和水溶液的可纺最低电压约为13kV,而PEO的DMF溶液可纺最低电压约为25kV,这可能是由于D MF的挥发性不高造成的。
纤维的直径和形态和溶剂的类型也有关系,溶剂的介电常数越大,纤维的直径越细。
2电纺纳米纤维的应用2 1 生物医学材料纳米纤维在生物医学上的应用是一个非常热门研究领域,主要包括组织工程、药物释放、药物载体、人工器官、组织修复等。
Jamil A Matthews等[17]用胶蛋白制备电纺丝纤维,发现经电纺丝加工的胶原蛋白在组织工程中有很好的应用特性。
胶原蛋白是天然组织细胞外基质的基本结构性单元,通过电纺丝可以得到与天然聚合物结构及生物性能极其相似的胶原质纤维。
如果条件控制得好,甚至可获得与天然聚合物完全相同的结构和生物性能。
Chu等[18]用静电纺丝法制备纳米纤维膜,作为药物释放的控释材料,通过改变材料的组成、纤维的直径等可以有效控制生物材料的降解速度,通过生物试验证实了所制得的纤维膜有防粘连效果。
El-Refaie Kenawy等[3]用静电纺丝法制得的纳米纤维膜,作为控制药物释放速度的材料,通过改变电纺的条件来改变纤维的直径,进而改变了药物释放的速度。
Riboldi Stefania A等[19]用静电电纺丝方法制备出可降解的聚酯型聚氨酯纳米纤维,这种纤维可用作骨骼的肌肉组织工程支架,在这类支架上用人体细胞做组织细胞培养试验,未发现有毒性残留,且支架的力学性能也较好(可承受最大10%的线性形变,杨氏模量也可达到GPa级)。
细胞培养结果表明,这类组织化工时刊 2007 Vol 21,No.3 论文综述 Overview of Thesises工程支架的生物相容性很好。
Smith等[20]利用电纺法,制备了内载多种药物的皮肤贴膜和皮肤保护膜,所得制品的优点是比表面积大,提高了载药量,而且孔隙率高,利于被遮盖的皮肤表面与大气交换空气和水分。
Dhirendra S K等[21]用电纺法制得聚乳酸-聚羟基乙酸共聚物(PLGA)纳米纤维制成生物降解性薄纱,纤维表面可吸附头孢唑啉类广普抗生素等药物,用于经皮给药系统中,实现药物与皮肤紧密接触,使药物的皮肤渗透按设计的速率进行,血药浓度曲线平缓,维持持久恒定的血药浓度,毒性和不良反应小,用作抗生型伤口敷料。
2 2 复合改性材料Kim等[22]研究了聚苯丙咪唑电纺纳米纤维在环氧树脂和橡胶中的增强效果,分别进行了拉伸、3点挠度、双扭转以及撕裂测试。
发现随着纤维含量的增加,环氧纳米复合物的弯曲杨氏模量和断裂强度增加不大,断裂能却显著增加;而橡胶纳米复合物与未填充的橡胶材料相比杨氏模量是原来的10倍,断裂强度是原来的2倍。
Teye-Mensah R等[23]用静电电纺丝技术制备出一种铒改性钛纳米纤维,这种改性钛纳米纤维可以选择性地发射红外光。
他们先将四正丙基钛与PVP溶液混和并掺入3价饵氧化物进行混和电纺丝,将所得的纳米纤维在900(下煅烧,将有机成分都去除,并使钛的晶体结构由锐钛型转变成金红石型,铒的加入改变了钛晶体的近红外光学特性,这种结构形态可以用于热-光-电能相互转化的体系中。
Bergshoef等[24]将尼龙4,6的甲酸溶液用静电纺丝的方法制备得到30~200nm的纳米纤维,并将该纤维与双组分环氧树脂进行混和,固化后得到透明的复合材料。
力学性能研究表明,和未改性环氧相比,纳米纤维增强的环氧复合材料的弹性模量和拉伸强度大幅度提高,尼龙4,6纳米纤维起到了增强的作用。
2 3 过虑和防护材料由于静电纺丝纤维的直径达到nm级,具有比表面积高,表面粘合性高的特点,可以用作高效低阻的过滤材料[25]。
将这种纳米纤维与其他机体复合后,可以用作分子过滤、化学和生化的阻隔,可以制作生物化学的防护服,能够有效的吸收和降解有害气体等[26]。
Gibson Phillip[1]把活性炭、碳纳米管和亚 m 的酶粒子引入电纺丝薄膜,制备化学生物保护膜,其特点是使空气流通的同时,可以有效地捕捉空气中的粒子,具有防生化武器的基本功能。
2 4 传感器传感器的灵敏度与每单位质量膜的表面积成正比,而电纺丝纳米纤维的比表面积比通用膜的大得多(约为103m2/g),用在传感器方面可以大大提高其灵敏度。
Ding Bin等[27]将可交联的聚丙烯酸(P AA)与聚乙烯醇(PVA)混和并进行电纺,纺在石英晶体微平衡器表面上,制得对NH3敏感的气体传感器。
NH3的敏感性试验表明,影响传感器灵敏度的因素主要有PAA含量、NH3浓度、空气相对湿度等。
而且这种纳米纤维包覆的传感器灵敏度要比连续膜包覆的高很多。
Lee等[28]设计合成了一种基于荧光的光学传感器,其具有较高的灵敏度。