静电纺丝资料

1.静电纺丝的定义

静电纺丝又称“电纺”, 是一种使带电荷的聚合物溶液或熔体在静电场中射流来制备聚合物超细纤维的加工方法。在电纺丝过程中,喷射装置中装满了充电的聚合物溶液或熔融液。在外加电场作用下,受表面张力作用而保持在喷嘴处的高分子液滴,在电场诱导下表面聚集电荷, 受到一个与表面张力方向相反的电场力。当电场逐渐增强时,喷嘴处的液滴由球状被拉长为锥状,形成所谓的“泰勒锥”，而当电场强度增加至一个临界值时,电场力就会克服液体的表面张力,从“泰勒锥”中喷出。在高速震荡中,喷射流被迅速拉细,溶剂也迅速挥发,最终形成直径在纳米级的纤维,并以随机的方式散落在收集装置上,形成无纺布。

2.静电纺丝的生物材料领域应用可行性

由电纺丝纤维制得的无纺布具有孔隙率高、比表面积大、纤维精细程度与均一性高、长径比大等优点, 这些优点使其具备了现实的和潜在的众多应用价值。由电纺法制备出的无纺布具有良好的生物相容性和结构相容性,可以在生物医学材料中广泛应用。通过对材料加工过程的调控,可以实现电纺丝材料在结构、形貌、组分和功能上满足生物医用材料的要求。

3.用于组织工程支架制备的纺丝工艺

①溶液浇铸成孔剂滤出法。该法所用的成孔剂含量低,由于采用溶液浇铸于器皿中,从而导

致成孔剂下沉,孔隙分布不均匀以及上下表面形态出现诧异。

②三维层化法。通过制备多孔膜,然后再通过溶剂把各层粘接起来,从而形成三维的支架。该法工艺复杂,而且在粘接过程中,粘接部分孔被封闭,从而形成界面,使材料内部形态不均匀。③熔融加工法。该法在聚合物的熔点以上,把成孔剂与聚合物共混挤人模具。冷却得到预定形状的多孔支架。该法的缺点是在挤出机里,由于熔体与成孔剂的密度相差较大,因而混合难以均匀。而且部分聚合物,尤其是生物可降解的聚合物在熔融加工时,容易热降解。

④相分离法。该法采用溶液混合物冷却到溶剂的熔点以下,从而产生相分离。再通过真空干燥,从而得到多孔支架。该法的缺点是所得的孔径一般在10μm 以下,而且控制较为困难。

⑤高压二氧化碳法。该法采用把已成型的聚合物暴露于高压二氧化碳。再通过减压把溶于聚

合物中的二氧化碳释放出来,从而形成多孔支架。该法的缺点是所形成的孔是封闭的。

4.用于制备用作血管移植物的聚合物纤维壳材料

血管移植物典型的具有微孔结构,它们通常容许组织生长和细胞内皮化,从而对移植物的长期植入和开放做出贡献。组织的向内生长和细胞的内皮化通常随着移植物孔隙率的增加而提高,然而,血管移植物孔隙率的增加将导致移植物机械和抗张强度的大大降低,结果导

致其功能下降。（必要性）

A·杜布森和E·巴尔发明了一种由液化聚合物纤维壳的方法和设备,该设备包括

(a)用于在其上面产生聚合物纤维壳的沉积电极；

(b)给料器处于相对于该沉积电极的第一电位,以便产生在该沉积电极与该给料器之间产生一个电场,其中该给料器用于给液化聚合物充电从而提供一种带电液化聚合物以及沿着该沉积电极的方向供应带电液化聚合物；

(c)辅助电极,用于改变沉积电极与该给料器之间的电场。

5.用于制备医用口罩等具有过滤病毒防护效果的过滤材料

目前,采用常规熔喷工艺生产的纤维滤材,作为空气滤材目前仅做到了较好的程度,但要做到对0.07u m微小的病毒具有良好的过滤防护效果，现有采用常规熔喷工艺生产的纤维滤材还无法达到。由于电纺丝法制得的纤维材料通常具有纳米尺寸,具有较高的过滤效果和较低的空气阻力,因此以该法制备具有过滤病毒防护效果的纤维滤材应具有广阔的前景。

6.用于制备药物控释材料

药物使用的局限性,不仅存在低限和使用范围小方面,更多存在于无法克服的毒副作用方面。而控释体系对减少药物用量,控制药物作用区域，提高药物作用效率,降低毒副作用,无疑是一种非常好的手段,便于人们对药物利用更加充分和必要。目前新形成的电纺丝技术,依靠电场力的作用完成的,过程简单,条件温和,可以将很多常规药物甚至蛋白质分子加入到纺丝液中, 在纺丝过程中使药物均匀分散到聚合物纤维中,从而有效地避免了活性成分的变性失效。而且,通过改变制备条件影响材料的结构,达到控制药物释放量和速率的目的。在同一个纺丝过程中不断变化纺丝液的组成,易于实现多层梯度材料的制备,满足对组织微观结构的仿生要求。

7.用于制备天然绷带材料

该法将注射器暴露于极高的电荷中,抽吸进含有纤维蛋白原的溶液,借助于电场在注射器射出纤维蛋白原时溶液蒸发,拉出纤维蛋白原细丝。该法的关键是要制出有极大表面积的纤维席,

这样就可提供更多地方来让血液反应和凝血,纤维蛋白原增加了凝血细胞的粘性,使细胞增厚和促进纤维蛋白生成。由于普通的纱布绷带由棉类制成,只能象屏障一样来止血,而纤维蛋白原绷带可以增强机体形成天然血栓的能力,从而立即减少失血。另外,这种绷带不必拆除,因为它的成份与真的血凝块一样,机体在愈合过程中自己可以逐步除解。因此随着一次性医用耗材领域的不断开发与完善,像纤维蛋白原绷带这样具有高科技含量的一次性耗材必将慢慢代替原有的普通一次性耗材。

8.用于制备聚合物纳米纤维管立体结构材料

使用聚合物纳米纤维管能促进神经的再生,新加坡国立大学的研究人员通过电纺7wt % 六角氟异丙醇聚合物(L一乳糖化合物一联合一糖元化合物)溶液来制备纤维纳米管,该聚合物溶液放在注射器中,保持其尖端的电压为12 K V, 然后把聚合物溶液以l m比的速度送到尖端。通过这种改良的电纺技术,可以制造很大范围的聚合物纳米纤维管立体结构。该结构是多孔的, 而且植入的导管有足够的弹性可以使得它不易断裂,并阻止不必要组织的渗入。该种管子不会引起发炎的反应,这对于将导管和周围组织的粘连减到最小是有利的。由于这种纳米纤维管是生物可降解的,这意味着它们不必稍后从生物体内除去。通过选材和应用二次处理技术后的表面的功能化,这些纳米纤维的立体结构可以被剪裁成专门的可再生组织,例如神经、血管、皮肤、骨骼、软骨组织和肝脏。因此在不远的未来,该纳米纤维的立体结构应具有广阔的发展前景。