静电纺丝技术
静电纺丝技术原理

静电纺丝技术原理静电纺丝技术是一种利用静电力将高分子溶液或熔体拉伸成纤维的方法。
它是一种重要的纺织工艺,广泛应用于纺织、医疗、过滤、电子、航空航天等领域。
静电纺丝技术的原理主要包括溶液电荷、喷丝电荷、拉伸电场和纤维成形等几个方面。
首先,溶液电荷。
在静电纺丝过程中,高分子溶液或熔体会通过喷丝孔喷出,形成细流。
在喷丝过程中,由于高分子溶液或熔体中的分子带有电荷,因此会在喷丝过程中受到静电作用,形成电荷分布。
这种电荷分布会影响后续的纺丝过程。
其次,喷丝电荷。
在喷丝过程中,高分子溶液或熔体会受到喷丝电场的影响,导致分子排列成纤维形态。
喷丝电场的作用是通过静电力使溶液或熔体形成细丝,并在喷丝孔周围形成电场分布。
这个电场分布会影响纤维的形成和拉伸。
接着,拉伸电场。
在喷丝后,纤维会经过拉伸过程,形成细长的纤维。
在拉伸过程中,会施加电场来调控纤维的形成和拉伸。
拉伸电场可以通过调节电压、电流和电场分布来控制纤维的直径、长度和形状。
最后,纤维成形。
在经过以上过程后,纤维会逐渐成型并被收集。
成型的纤维可以通过调节喷丝电场、拉伸电场和收集方式来控制纤维的性能和形态。
静电纺丝技术通过以上原理,可以制备出直径在纳米到微米尺度的纤维,具有优异的力学性能和表面性能。
总之,静电纺丝技术是一种重要的纺织工艺,其原理主要包括溶液电荷、喷丝电荷、拉伸电场和纤维成形。
通过这些原理,可以制备出具有优异性能的纳米纤维,广泛应用于纺织、医疗、过滤、电子、航空航天等领域。
静电纺丝技术的发展将为相关领域的技术创新和产业发展提供重要支持。
静电纺丝的基本原理

静电纺丝的基本原理
静电纺丝是利用静电吸附的原理,使溶液中的带电粒子在电场作用下产生定向运动,从而制备纳米纤维材料。
这种技术可以在任意时间、任意空间、任何溶剂中进行。
目前,国内外研究主要集中在聚合物溶液和聚合物纳米纤维膜的制备。
静电纺丝原理
静电纺丝法是一种高效、经济的新型纳米材料制备方法。
目前,国内外在该领域的研究主要集中在以下几个方面:一是静电纺丝装置和工艺的研究,包括喷头、喷丝头、电极、接收装置等;二是不同材料的静电纺丝技术;三是静电纺纳米纤维膜的应用研究,包括纳米纤维膜作为锂电池隔膜和过滤材料等;四是静电纺丝设备与纳米纤维膜的表征方法研究。
静电纺纤维膜制备
1.聚合物溶液
目前,聚合物纳米纤维膜主要有两大类:一类是有机高分子聚合物(如聚苯乙烯、聚丙烯酸、聚乙烯醇等),另一类是无机
高分子聚合物(如氧化锌、氧化锆、氧化钛等)。
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静电纺丝技术的原理与纳米纤维制备方法

静电纺丝技术的原理与纳米纤维制备方法静电纺丝技术是一种常用于制备纳米纤维的方法,通过利用静电力将聚合物材料从液态转变为纤维状,具有较高的纤维直径可调性和良好的纤维组织结构控制能力。
本文将介绍静电纺丝技术的原理以及常用的纳米纤维制备方法。
一、静电纺丝技术的原理静电纺丝技术是利用静电力将高分子溶液或熔融物质直接纺丝成纤维的一种制备方法。
该技术基于静电现象,通过将高电压施加于过程中的高分子溶液或熔融物,使其电荷不平衡,形成电场分布。
当电场强度超过材料的电离场强度时,分子将逐渐变成带电的纳米尺寸细丝。
最后,带电的纤维在电场的作用下逐渐伸长并凝固成固态纤维。
静电纺丝技术的关键参数包括高电压、喷丝间距和收集距离。
高电压可以产生强大的静电力,促使溶液中的聚合物形成细丝。
喷丝间距决定了纤维形成的方式和纤维直径。
收集距离可以影响纤维凝固形态和纤维排列结构。
静电纺丝技术的原理简单而直观,适用于制备各种类型的纳米纤维材料,因此在纳米材料制备领域具有广泛的应用前景。
二、常用的纳米纤维制备方法1. 单向静电纺丝法单向静电纺丝法是静电纺丝技术中最基本、最常用的制备方法之一。
在该方法中,高电压施加于旋转的喷丝头和静置的收集器之间,通过控制高电压和喷丝间距,可以得到直径均匀、纤维排列有序的纳米纤维。
2. 多向静电纺丝法多向静电纺丝法在单向静电纺丝法的基础上进行了改进,通过使用多根喷丝头和多个收集器,使得纤维的纺织方向更加多样化。
这种方法可以制备出多孔的纳米纤维薄膜,应用于过滤、分离和组织工程等领域。
3. 旋转盘静电纺丝法旋转盘静电纺丝法是利用旋转盘上的多个喷丝孔,将高分子溶液均匀喷洒在盘面上,通过旋转盘和静电作用将纤维逐渐形成。
这种方法制备的纳米纤维表面光滑均匀,适用于电子器件、传感器和催化剂支撑材料等领域。
4. 共喷纺丝法共喷纺丝法是在静电纺丝过程中,将两种或多种不同的高分子溶液或熔融物质通过不同的喷丝孔同时喷射到收集器上。
静电纺丝技术

静电纺丝技术静电纺丝技术是利用高压静电作用使聚合物溶液或熔体带电并发生形变,在喷头末端处形成悬垂的锥状液滴,当液滴表面静电斥力大于其表面张力时,液滴表面就会喷射出高速飞行的射流,并在较短的时间内经电场力拉伸、溶剂挥发、聚合物固化形成纤维。
所获得的静电纺纤维直径小、比表面积大,同时纤维膜还具有孔径小、孔隙率高、孔道连通性好等优势,在过滤、传感、医疗卫生以及自清洁等领域具有广泛的应用。
1静电纺丝的起源与发展静电纺丝起源于200多年前人们对静电雾化过程的研究。
1745年,Bose通过对毛细管末端的水表面施加高电势,发现其表面将会有微细射流喷出,从而形成高度分散的气溶胶,并得出该现象是由液体表面的机械压力与电场力失衡所引起的。
1882年,Rayleigh指出当带电液滴表面的电荷斥力超过其表面张力时,就会在其表面形成微小的射流,并对该现象进行理论分析总结,得到射流形成的临界条件。
1902年,Cooley与Morton申请了第一个利用电荷对不同挥发性液体进行分散的专利。
随后Zeleny研究了毛细管端口处液体在高压静电作用下的分裂现象,通过观察总结出几种不同的射流形成模型,认为当液滴内压力与外界施加压力相等时,液滴将处于不稳定状态。
基于上述的基础研究,1929年,Hagiwara公开了一种以人造蚕丝胶体溶液为原料,通过高压静电制备人造蚕丝的专利。
1934年,Formhals设计了一种利用静电斥力来生产聚合物纤维的装置并申请了专利,该专利首次详细介绍了聚合物在高压电场作用下形成射流的原因,这被认为是静电纺丝技术制备纤维的开端。
从此,静电纺丝技术成为了一种制备超细纤维的有效可行方法。
1966年,Simons发明了一种生产静电纺纤维的装置,获得了具有不同堆积形态的纤维膜。
20世纪60年代,Taylor在研究电场力诱导液滴分裂的过程中发现,随着电压升高,带电液体会在毛细管末端逐渐形成一个半球形状的悬垂液滴,当液滴表面电荷斥力与聚合物溶液表面张力达到平衡时,带电液滴会变成圆锥形;当电荷斥力超过表面张力时,就会从圆锥形聚合物液滴表面喷射出液体射流。
静电纺丝工作原理

静电纺丝工作原理
静电纺丝是一种利用静电力将高聚物溶液或熔体拉伸成纤维的方法。
这种技术可以制备出直径非常细的纤维,常用于生产纺织品、滤料、医用敷料等产品。
静电纺丝的工作原理非常简单,但却是一种高效且广泛应用的纺织技术。
静电纺丝需要用到一个装置,通常是一个金属盘或者是一个金属网格。
在装置上方设置有一个喷嘴,喷嘴内装有高聚物溶液或熔体。
当高聚物溶液或熔体通过喷嘴喷出时,会形成一个细长的液柱。
接下来,通过一个高电压电源,将静电场施加到金属盘或金属网格上。
当高聚物液柱在喷出的同时通过静电场,液柱表面会受到静电力的作用,使得液柱表面带有电荷。
由于同性电荷相互排斥,液柱表面的电荷会使得液柱变得非常脆弱,容易发生拉伸。
在经过静电场的作用后,液柱会逐渐被拉伸成细长的纤维。
这些细长的纤维会在空气中自由悬挂,由于静电作用,纤维之间会互相排斥,形成一个均匀的纤维网。
这种纤维网可以收集在一个收集器上,或者通过辊筒进行整理,最终形成纺织品或其他产品。
静电纺丝的工作原理简单而高效,能够制备出直径非常细的纤维,具有很好的拉伸性和强度。
这种技术在纺织工业中得到了广泛应用,可以生产出高品质的纺织品,滤料等产品。
同时,静电纺丝还可以制备出微纳米级别的纤维,被广泛应用于医用敷料、口罩等领域。
总的来说,静电纺丝是一种简单而高效的纺织技术,通过静电力的作用,能够制备出直径非常细的纤维,具有广泛的应用前景。
通过不断的技术创新和改进,静电纺丝技术将会在纺织工业中发挥越来越重要的作用。
静电纺丝技术在生物医学材料制备中的应用

静电纺丝技术在生物医学材料制备中的应用近年来,静电纺丝技术在生物医学材料制备中的应用日益成熟。
静电纺丝技术可以将聚合物等材料溶液形成纳米纤维,极大地扩展了生物医学材料的应用范围,并提高了其性能,比如生物相容性、生物活性和机械性能等。
本文将从静电纺丝技术的基本原理、纳米纤维的特性以及在生物医学领域中的应用等方面进行探讨。
一、静电纺丝技术的基本原理静电纺丝技术是一种利用静电力将高分子溶液喷出成纳米纤维的技术。
具体操作为将高分子溶液放置于高电场中,使电荷集中在喷嘴处的液滴表面,当静电力超过表面张力时,液滴会被拉伸成纳米级别的纤维,通过旋转收集器、电场定向收集器等方法可以将纳米纤维集中在一起形成纤维膜。
静电纺丝技术有很多优点,比如能制备具有高比表面积与特异性的纳米材料,可以制备形状、尺寸和结构可定制化的生物医学材料,并且可以制备成本较低的大规模纳米结构材料。
随着人们对生物医学材料性能的要求不断提高,静电纺丝技术在生物医学材料中的应用也越来越广泛。
二、纳米纤维的特性静电纺丝技术制备的纳米纤维具有以下特性:(1)高比表面积:由于纳米纤维具有较大的表面积,可以提高其与细胞的亲和力和反应性,从而使纳米纤维材料具有更好的生物医学性能。
(2)微纳结构:由于纳米纤维的尺寸在微米和纳米级别之间,因此可以制备出微纳结构,使得纳米纤维材料的力学性能和生物活性更加符合生物体的特点。
(3)多孔结构:纳米纤维具有较高的孔隙度和孔径分布,可以控制纳米纤维的孔径来达到对材料性能的调控。
(4)生物相容性:由于纳米纤维可以制备成与生物体组织相似的结构和形态,因此具有良好的生物相容性,可在生物医学材料领域中应用。
三、静电纺丝技术在生物医学材料制备中的应用静电纺丝技术可以应用于细胞支架、组织工程、药物传输等生物医学领域。
以下是静电纺丝技术在这些领域中的应用举例:(1)细胞支架:通过静电纺丝技术可以制备出细胞支架,并通过材料的化学成分和有序结构来调控细胞的生长和分化进程。
静电纺丝技术的影响因素及应用研究综述

静电纺丝技术的影响因素及应用研究综述1. 引言1.1 静电纺丝技术概述静电纺丝技术是一种将高电压施加到聚合物或其他材料溶液中,通过静电场使溶液喷射成纤维的技术。
静电纺丝技术被广泛应用于纺织行业、生物医学领域等领域,具有很高的潜力和发展前景。
静电纺丝技术的原理是利用静电场将聚合物溶液或熔体喷射成极细的纤维,形成纤维膜、无纺布或纤维材料。
这种技术具有高效、简单、成本低、可控性好等优点,因此受到广泛关注。
静电纺丝技术的设备主要包括高电压发生器、喷嘴、收集器等部件。
高电压发生器提供静电场,喷嘴负责将溶液喷射,收集器用来收集纤维。
静电纺丝技术可以制备出直径从纳米到微米级别的纤维,具有特殊的物理性能和表面形貌,适用于制备高性能纤维材料、高功能纤维膜等产品。
随着技术的不断改进和发展,静电纺丝技术在各个领域的应用也将得到进一步拓展和深化。
2. 正文2.1 静电纺丝技术的影响因素静电纺丝技术的影响因素主要包括纤维形态、纤维直径、纤维结构、纤维性能等多个方面。
影响纤维形态的因素包括工艺参数调节、纺丝液性质、静电场强度等。
调节不同的工艺参数可以改变静电纺丝过程中纤维的形态,例如增加纺丝液的流速可以得到更长的纤维,调节静电场强度可以影响纤维的形成速度和形态。
纤维直径是静电纺丝技术中另一个重要的影响因素。
纤维直径的控制不仅影响纤维的性能,还直接关系到纺丝后纤维的应用范围。
通常来说,纤维直径越小,纤维的表面积越大,具有更好的性能和应用潜力。
静电纺丝液的性质也会对纤维的形态和性能产生影响。
不同种类的聚合物溶液在静电纺丝过程中会表现出不同的流变性质,影响纤维的形成速度和纤维结构。
深入研究纺丝液的性质对静电纺丝技术的发展至关重要。
静电纺丝技术的影响因素是一个复杂而多样的问题,需要综合考虑纤维形态、纤维直径、纤维结构和纤维性能等多个方面,同时结合工艺参数和纺丝液特性进行调控,才能实现对静电纺丝过程中纤维形态和性能的精确控制。
2.2 电纺液特性影响因素电纺液是静电纺丝技术中非常重要的环节,其特性直接影响着最终纺丝产品的质量和性能。
静电纺丝技术及其应用

静电纺丝技术及其应用一、静电纺丝技术的原理与发展静电纺丝技术是一种自然界广泛存在的电纺技术,是利用电场作用将高分子液体或熔融高分子材料拉细,形成纤维的方法。
它与传统纺织方法不同,不需要梳理、捻合等步骤,能够制备纤维直径极小、比表面积极大的材料,并实现单纤维生产。
最早使用静电纺丝技术的是工业领域,在聚合物纺织品、人造革、电子产品等领域得到广泛应用。
但随着纳米科技的发展,静电纺丝技术也逐渐被应用于纳米材料的制备领域,如纳米纤维、纳米颗粒、纳米管、纳米膜等。
现在,静电纺丝技术已成为制备纳米材料的一种重要方法之一。
二、静电纺丝技术的优点与传统纺丝技术相比,静电纺丝技术的优点主要有以下几个方面:1、制备出的材料具有高比表面积和高通量;2、生产的纤维具有较小的直径和高的拉伸强度;3、制备出的纤维可以进行多级处理,并且可以降解;4、生产的成本相对较低,同时可以进行大规模生产。
三、静电纺丝技术在各个领域的应用1、纺织领域静电纺丝技术可以制备出具有高性能、高强度的纤维,这些纤维可以应用于高科技纺织品、航空航天材料、医用纺织品等领域。
2、药物载体静电纺丝技术可以制备出具有高比表面积和大孔径的微纳米纤维,这些纤维可以作为一种药物载体,有利于药物的缓释和控制释放。
3、环保领域静电纺丝技术可以应用于制备过滤材料,可以去除空气中的PM2.5等有害物质,同时可以制备海绵材料,具有吸油、吸水、吸附等功能。
4、能源领域静电纺丝技术可以制备出具有多孔结构的纳米材料,这些材料可以用于能源储存和转换,如制备锂离子电池、柔性太阳能电池等。
四、静电纺丝技术未来的发展随着纳米科技的不断发展,静电纺丝技术也在不断地完善和发展。
未来,它有望进一步提高产量、降低成本、改善稳定性,进而在更多领域得到广泛应用。
此外,近年来,一些新型静电纺丝技术不断涌现,如强场静电纺丝技术、高速静电纺丝技术等,这些新技术的出现将促进静电纺丝技术的进一步发展和应用。
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静电纺丝技术的研究摘要:文章介绍了静电纺丝制备纳米纤维的技术,详细地介绍了这种技术的优点,以及它在各个方面广泛的应用。
此外,虽然它具有很多的优点,但目前也仍然存在一些问题,我们也对此进行了探讨。
关键词:静电纺丝纳米纤维应用原理前言:近年来,纳米结构材料,如纳米纤维、纳米管,由于其尺寸效应十分显著,在光、热、磁、电等方面的性质和体材料明显不同,出现许多新奇特性,因此收到了研究人员的高度重视。
纳米纤维最大的特点就是比表面积大,从而导致其表面能和活性的增大,产生小尺寸效应、表面或界面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等,在化学、物理性质方面表现出特异性[1]。
电纺技术是一种简单和通用的获得连续微米级别以下的超细纤维的方法。
通过电纺的方法可以制备出多种纳米纤维,包括氧化物纤维,高子分聚合物纤维等。
静电纺丝方法制备的纳米纤维,具有纳米尺寸的直径,高比表面以及纤维之间形成的微小孔隙[2]。
纳米纤维、静电纺丝都是一些新事物,具有广阔的发展前景。
可以用于组织工程、人造器官、药物传递和创伤修复等。
另外,对植物施用杀虫剂是纳米纤维可能大规模应用的又一个领域。
但当前的静电纺丝技术还不成熟,有待于深入地研究,以制得高质量的纤维并能使纳米纤维的制备实现产业化[3]。
一静电电纺丝技术静电纺丝技术(electrospinning)在国内一般简称为电纺,其是一种利用聚合物流体在强电场作用下,通过金属喷嘴进行喷射拉伸而获得直径为数十纳米到数微米的纳米级纤维的纺丝技术。
通过静电纺丝技术得到的纳米级纤维具有直径小、表面积大、孔隙率高、精细程度一致等特点,在组织工程、传感器、工业、国防、农业工程等领域具有极大的发展潜力,而且其在医药领域诸如伤口敷料、控制释放体系等方面也有着巨大的应用前景[5]。
从科学基础来看,这一发明可视为静电雾化技术的一种特例。
静电雾化与静电纺丝的最大区别在于:两者所使用的工作介质不同。
静电雾化采用的是粘度较低的牛顿流体;而静电纺丝采用的是粘度较高的非牛顿流体。
由于静电雾化技术与静电纺丝技术原理类似,所以前者的研究也为后者提供了一定的理论基础[4]。
因为静电纺丝过程涉及到的学科领域很多,所以至今对它的研究仍处于探索阶段,虽然早在1934年,Formals就发明了用静电力制备聚合物纤维的实验装置并申请了专利,在其专利中,他公布了如何以丙酮作为溶剂的醋酸纤维素溶液在电极间形成射流,从而在静电推力下产生聚合物纤维。
静电纺丝技术的思路最早来源于人们对液体在电场力作用下的电喷射行为的研究。
Raleigh在1882年研究发现,当液滴承受的电场力超过表面张力时,其原本的平衡状态被打破,悬挂在金属喷丝头上的液滴就分裂成一系列带电小液滴,这种不稳定现象后来被称为“Raleigh Instability”。
Taylor自19 1 5年以来研究了液滴在电场下发生分裂的问题,他发现随着电场强度的增加,其原本处于平衡状态的液滴逐渐被拉长,当液滴所承受的电场力和表面张力数值相等时,就形成了顶角为49.3℃的圆锥,这种带电的锥体后来被称为Taylor锥。
在对液滴在电场力作用下的拉伸和分裂过程有了一个基本的认识之后,液体的电喷技术被逐渐应用于制备精细纤维,从而逐步发展成为获得高聚物纳米级纤维的静电纺丝技术。
上世纪九十年代,Reneker教授所在的研究小组对一系列高分子材料进行静电纺丝,还对电纺丝过程中纤维的形成机理做了详尽阐述,进一步完善了静电纺丝技术的理论基础[6]。
目前,对电纺丝技术的研究也仅仅局限于从射流动力学和不同聚合物纺丝等角度作一定的分析,而且静电纺丝的应用范围也很狭窄。
近年来,由于纳米技术的迅速发展,推动了高压静电纺丝这种可用于制备纳米级纤维的技术的研究工作[7]。
静电纺丝制备微纳米多孔纤维的方法有多步法和一步法。
静电纺丝一步法制备纳米多孔纤维是通过将聚合物溶解在高挥发性的溶剂中,通过静电纺丝的过程,高分子的微小液体流在高压电场中被高速拉伸、溶剂发生快速挥发,促使液体流发生快速相分离,形成溶剂富集相和聚合物富集相,聚合物富集相固化最终形成纤维骨架,而溶剂富集相则形成纤维的孔道。
静电纺丝多步法又可以分为以下几种:(1)不同聚合物共混静电纺丝后处理法。
该方法是分别制备两种聚合物纺丝液并将其按一定比例混合或将两种聚合物共同溶解在同一溶剂里,静电纺丝成型后,再通过后处理工艺去除其中一种成分,从而形成多孔结构。
后处理工艺包括热降解、溶剂萃取和紫外光照射交联处理等方式。
(2)聚合物溶液中添加无机成分静电纺丝后处理法,是通过在所制备的聚合物纺丝溶液中添加无机盐作为成孔剂,在溶液静电纺丝成型后,去除无机盐而形成纳米多孔结构。
(3)聚合物溶液掺杂静电纺丝后处理法。
该方法是在聚合物溶液中添加可溶性金属盐溶液或纳米粒子,共混后形成均匀溶液,再通过静电纺丝制备纳米纤维,经高温煅烧后去除有机成分,即可得到具有高比表面积的无机纳米多孔纤维。
二静电纺丝技术的装置与原理2.1静电纺丝装置静电纺丝装置主要分为3个部分:高压直流电源,喷丝装置和目标电极,如图1所示.直流高压电源的作用是提供高压,在喷丝装置与目标电极之间形成强电场,以便对带电聚合物进行高倍拉伸,电压一般在1 50 kV之间.喷丝装置一般由储液装置和喷丝部分组成[8].储液装置常由于喷丝装置的加压而带电,且存在给液量不均匀的问题,往往给工业化生产带来很大不便.喷丝部分对空间电场分布有很大影响,存在很多变化.目标电极的作用是提供负极,以便收集纤维,研究者均采用接地的方式;但是因为它对空间电场也有很大影响,所以不同的研究者所采用的纤维收集装置也有所不同,如图2[9]所示:图2各种类型的目标电极2.2静电纺丝的原理在静电纺丝工艺过程中,将聚合物熔体或溶液加上几千至几万伏的高压静电,从而在毛细管和接地的接收装置间产生一个强大的电场力。
当电场力施加于液体的表面时,表面产生电流[10]。
相同电荷相斥导致了电场力与液体的表面张力的方向相反。
这样,当电场力施加于液体的表面时,将产生一个向外的力,对于一个半球形状的液滴,这个向外的力就与表面张力的方向相反。
如果电场力的大小等于高分子溶液或熔体的表面张力时,带电的液滴就悬挂在毛细管末端并处在平衡状态。
随着电场力的增大,在毛细管末端呈半球状的液滴在电场力的作用下将被拉伸成圆锥状,这就是Taylor锥[11]。
当电场力超过一个临界值后,排斥的电场力将克服液滴的表面张力形成射流,而在静电纺丝过程中,液滴通常具有一定的静电压并处于一个电场当中,因此,当射流从毛细管末端向接收装置运动的时候,都会出现加速现象,这也导致了射流在电场中的拉伸,最终在接收装置上形成非织造状的纳米纤维.静电纺丝的思路6O年前就产生了。
然而对静电纺丝的大量实验工作和深入的理论研究,却是近1O年中随纳米纤维的开发才完成的。
当前,静电纺丝已经成为纳米纤维的主要制备方法之一。
对静电纺丝的研究较深入而且涉及到很多方面,Fong H.等研究了静电纺纳米纤维的形成,详细分析射流的过程变化;Bunyan N.等研究了在牵伸过程中纳米纤维的形态、取向及沉积的变化,重新设计工艺来控制纳米纤维在接受装置上的沉积,具体工艺是通过对射流路径、接受装置的设计和熔体性质的控制来实现的;Jun Z.等研究了静电纺丝中表面张力,溶液粘度,溶液传导率,聚合物玻璃态转变温度对纤维形状尺寸的影响,发现其中溶液粘度的影响最大;Greiner A.详细分析了影响静电纺丝制造出的纳米纤维的外形的几乎所有的参数[12]。
目前,国内只有中国纺织科学研究院张锡伟,等人采用过静电纺丝法,纺制纳米纤维聚丙烯腈纤维毡。
聚丙烯腈纤维是制备碳纤维的主要原料,将纳米级聚丙烯腈纤维毡经过预氧化及氧化加工后可制成纳米级碳纤维毡,碳纤维越细,碳纤维复合材料的粘合性能就越好。
采用高分子溶液,电压30~60 kV,喷头孔径0.6~0.8 mm,接收距离15~25 cm,纺出的纤维直径在200~500nm之间[13]。
三静电纺丝技术的生物医学应用3.1医用防护静电纺丝纳米纤维膜较传统织物具有更好的气体交换能力和湿蒸气的扩散能力,可以充分吸收分泌物,透气透湿性好,可用于伤护领域,如防护服、防毒口罩等外部防护,也可作为生物敷料、可降解绷带等内敷性物料,且与生物组织有高度的相容性,不会产生感染等副作用。
静电纺丝还可制备纳米级的仿生纤维绷带,促进伤口愈合后可被人体自然吸收降解。
3.2药物缓释临床上,因为治疗需要的不同,有些药物必须在体内逐步释放到身体组织中才可达到满意的治疗效果[14],而某些治疗过程则需要非常快速的药物释放[15]。
纳米纤维还可以作为一种良好的包覆膜,通过在纺丝溶液中加入颗粒及聚合物,可将聚合物包裹在静电纺丝后的纤维里面,达到控制释放的目的。
Jiang[16]研究了载有聚乙二醇-g-壳聚糖(PEG-G-chitosan)的聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)静电纺丝纳米纤维用于控制布洛芬药物的传递。
美国阿克隆大学成功将蛋白质、花粉颗粒包裹在纤维里,用于室温下储存蛋白质[17]。
同轴静电纺丝技术可用来制备“壳-芯”结构的药物包覆纳米纤维。
有学者[18]成功地采用同轴共纺技术用可降解的聚合物PCL和PLLA包覆脂溶性的白藜芦醇、水溶性的硫酸庆大霉素和盐酸四环素。
3.3组织工程支架天然细胞外基质(Extracellular matrix,ECM)是直径分布在几十到几百纳米的蛋白纤维,主要是胶原蛋白和弹性蛋白纤维形成具有三维结构的网状结构,为细胞的物质交换提供场所,为组织的生长提供支撑和弹性。
聚合物纳米纤维在形态上类似于天然细胞外基质,可以为细胞的生长提供一个三维的空间和更多的黏附位点,在组织工程支架制备方面具有独特的优势(图3)。
图3微孔、微米纤维与纳米纤维组织工程支架细胞粘附模式图Rosenberg研究发现[19],纳米材料对细胞行为有显著影响,通过材料可将胚胎细胞引导进入6nm空间;有实验表明细胞在小于自身尺度的纤维上具有更好的黏附特性[20,21]。
已有多种生物分子被负载在电纺的纳米纤维膜上,蛋白类有骨形成蛋白(Bone morphogenetic protein-2,BMP-2)[22]、牛血清蛋白(BSA)[23]、溶菌酶(Lysozyme)[24]、bFGF[25]、EGF[26]、PDGF-bb[27]、NGF[28]、ALP[29]、牛胶原蛋白等;载入电纺支架的基因主要有:BMP2[30,31]、腺病毒E1(Adenovirus E1)[32]的基因等。
能够电纺加工成组织工程支架的材料有多种,可分为天然材料、合成高分子材料以及它们的复合物。
天然聚合物主要为明胶、胶原、丝素蛋白、羟基磷灰石、透明质酸纤维蛋白、DNA和生长因子等。