一種可控圖案化電紡絲纖維聚集體的制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供一種可控圖案化電紡絲纖維聚集體的制備方法，獲得具有特定圖案結(jié)構(gòu)的電紡絲纖維聚集體。本發(fā)明專利技術(shù)設(shè)計和制備具有特定圖案結(jié)構(gòu)的收集模板，并通過這些收集模板來制備具有可控圖案結(jié)構(gòu)的電紡絲纖維聚集體。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種可控圖案化電紡絲纖維聚集體的制備方法
本案是中國專利申請(200710047614.5)的分案申請。本專利技術(shù)涉及一種可控圖案化電紡絲纖維聚集體的制備方法，屬于微納米尺度電紡絲纖維制備領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
隨著工業(yè)的發(fā)展和科技的進步，電紡絲技術(shù)受到了越來越多的關(guān)注。電紡絲是一種制備納米/微米尺度纖維聚集體的簡單有效的方法，在生物醫(yī)用材料、組織工程、光電材料、過濾材料以及傳感器等方面已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。電紡絲技術(shù)是聚合物或者其它材料的溶液或者熔體在高壓電場力的作用下，形成射流，噴射出溶液存儲裝置，同時，射流在噴射過程中溶劑揮發(fā)、固化，最終落在接收裝置上形成納米/微米尺度纖維的聚集體。具有特定圖案化的纖維材料在生物組織工程，以及微電子、光子等工業(yè)應(yīng)用中具有某些特定的功能性，比如說，某些特定結(jié)構(gòu)的纖維聚集體在生物組織工程中會促進細胞的貼壁和分化。所以，制備具有可控圖案結(jié)構(gòu)的電紡絲纖維聚集體在生物組織工程以及許多工業(yè)應(yīng)用中都具有深遠的意義。通常來說，利用電紡絲技術(shù)收集到的纖維呈現(xiàn)雜亂無章的無紡結(jié)構(gòu)。目前，盡管已經(jīng)可以利用滾輪裝置、帶有絕緣缺口的導(dǎo)電平板組等收集裝置制備具有一定定向排列性的電紡絲纖維，但是利用電紡絲來制備具有復(fù)雜可控圖案結(jié)構(gòu)的纖維聚集體還是一項空白。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于設(shè)計和制備具有特定圖案結(jié)構(gòu)的收集模板，并通過這些收集模板來制備具有可控圖案結(jié)構(gòu)的電紡絲纖維聚集體。本專利技術(shù)首先設(shè)計利用具有特定圖案結(jié)構(gòu)的模板作為電紡絲過程的收集基板，包括：網(wǎng)格收集模板。這種模版利用不同直徑的金屬導(dǎo)線編織成具有不同圖案的網(wǎng)格模板；金屬導(dǎo)線的直徑可以在0.1mm－5mm之間調(diào)控；網(wǎng)格的編織可以采用單編、雙編等編織方式（如圖2、3），可以根據(jù)編成所需的文字和花紋圖案調(diào)節(jié)金屬導(dǎo)線間間距和排列方式。凸起收集模板。這種模版分為一個基板部分和多個凸起部分，基板部分可以導(dǎo)電，也可以絕緣；凸起部分的凸起的高度可以在10μm－5000μm之間調(diào)控，凸起面可以是點狀（如圖4）或線狀（如圖5）或點線組合（如圖6）。點狀凸起面可以是正方形或長方形、圓形、星形等不同形狀，線狀凸起面可以是直線、弧線、線段組合構(gòu)成。凸起部分的凸起面面積的大小、各凸起部分間的間距、各凸起部分的排列方式可以根據(jù)所需的文字和花紋圖案調(diào)節(jié)。各凸起部分還可以通過機械控制的方式抬升或者降低，從而獲得多維圖案結(jié)構(gòu)的凸起收集模板，另外，通過設(shè)計應(yīng)用可控圖案化收集模板，本專利技術(shù)提供了一種制備具有可控圖案結(jié)構(gòu)的電紡絲纖維聚集體的簡單有效的方法，該方法的具體步驟如下：（1）同傳統(tǒng)電紡絲方法，配制具有適合電紡絲工藝濃度的聚合物或者其它材料的溶液或者熔體；（2）將聚合物或者其它材料的溶液或者熔體裝入電紡絲液供給裝置；（3）將上述具有特定圖案結(jié)構(gòu)的收集模板同低壓接地端相連，作為電紡絲過程的收集基板；（4）通過流量泵調(diào)控電紡絲液的供給流量為0－20ml/h；（5）調(diào)節(jié)高壓發(fā)生端同收集裝置之間的距離為3cm－30cm；（6）通過高壓發(fā)生器給電紡絲過程提供高壓，可在0－40kv之間調(diào)控；（7）均勻噴出上述具有特定圖案結(jié)構(gòu)的收集模板上，獲得具有特定圖案結(jié)構(gòu)的電紡絲纖維聚集體。通過設(shè)計應(yīng)用上述收集模板，相比較于傳統(tǒng)的電紡絲收集方法，獲得了意想不到的結(jié)果，其原因可以解釋為如下機理：電紡絲過程中，纖維在高壓電場力的作用下朝接收模板運行，當(dāng)接收模板結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，電場力作用方向發(fā)生變化而僅僅指向收集模板當(dāng)中的導(dǎo)電區(qū)域，在此種變形電場作用下，纖維傾向于朝收集模板的導(dǎo)電區(qū)域運行，而不向模板中的絕緣或鏤空區(qū)域運行（如圖1A）；當(dāng)纖維在電場力作用下行進至接收模板附近時，纖維表面的靜電荷會誘導(dǎo)接收模板出現(xiàn)極性相反的電荷，異性電荷相互吸引產(chǎn)生庫倫引力，庫侖引力同電荷距離的平方成反比（F=kqQ/r2，其中F為庫侖引力，r為異性電荷間距，即纖維同收集模板之間的間距），由于纖維片斷同領(lǐng)近凸起的間距小于模板其它區(qū)域，所以纖維在較大庫侖引力的作用下優(yōu)先沉積在凸起上（如圖1B）；由于纖維不同片斷可能受到不同凸起的吸引，從而沉積在不同凸起上，進而在凸起之間形成了懸浮纖維，懸浮纖維在不同方向庫侖引力的托拽作用下在凸起間呈定向排列。本專利技術(shù)具有以下特點：1）通過可控圖案化收集模板可以控制纖維的沉積位置：纖維主要沉積在接收模板的導(dǎo)電部分，當(dāng)接收模板存在凸起時，纖維主要沉積在凸起上，同時，有一定量的纖維懸浮在凸起之間，而且懸浮纖維的數(shù)量隨著凸起間距的增大而減少；2）通過可控圖案化收集模板可以控制纖維的排列方式：可以在線狀凸起模板上獲的具有定向排列趨勢的電紡絲纖維，凸起之間的懸浮纖維呈現(xiàn)很好的定向排列性；3）通過機械可控凸起收集裝置可以獲得編織效果的電紡絲纖維聚集體。本專利技術(shù)在原料和工藝方法同原來一致的前提下，采用常規(guī)電紡絲技術(shù)，通過設(shè)計利用可控圖案化收集模板，在國際上首次制備出具有復(fù)雜圖案結(jié)構(gòu)的纖維聚集體，而且纖維聚集體的結(jié)構(gòu)形貌可以通過設(shè)計圖案化收集模板來進行實現(xiàn)調(diào)控；本專利技術(shù)闡述的方法擴展了電紡絲技術(shù)的概念，提供了一種新穎有效的電紡絲纖維的收集方式，使得復(fù)雜可控圖案結(jié)構(gòu)的纖維聚集體的制備成為了可能，為電紡絲的實際應(yīng)用，尤其在在生物醫(yī)學(xué)、光電、傳感器等對材料圖案形貌有較高要求的區(qū)域提供了更為廣闊的前景。附圖說明圖1：為電紡絲工作原理及圖案化收集模板工作機理示意圖；圖2：為實施例1所涉及的單編網(wǎng)格收集模板的掃描電鏡照片；圖3：為雙編網(wǎng)格收集模板的結(jié)構(gòu)示意圖及光學(xué)顯微鏡照片；圖4：為實施例3所涉及的點狀凸起收集模板的光學(xué)顯微鏡照片；圖5：為實施例4所涉及線凸起收集模板的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6：為實施例5所涉及點線凸起組合收集模板的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7：為實施例1所獲得的具有圖案形貌的電紡絲纖維聚集體的光學(xué)顯微鏡照片；圖8：為實施例1所獲得的具有圖案形貌的電紡絲纖維聚集體的掃描電鏡照片；圖9：為實施例2所獲得的具有具有定向排列趨勢的電紡絲纖維聚集體的光學(xué)顯微鏡照片；圖10：為實施例3所獲得的具有圖案形貌的電紡絲纖維聚集體的光學(xué)顯微鏡照片；圖11：為實施例3所獲得的具有圖案形貌的電紡絲纖維聚集體的掃描電鏡照片；圖12：為實施例4所獲得具有圖案形貌的電紡絲纖維聚集體的的結(jié)構(gòu)示意圖；圖13：為實施例5所獲得具有圖案形貌的電紡絲纖維聚集體的的結(jié)構(gòu)示意圖；圖14：為實施例6所涉及的機械可控凸起收集裝置的操作方式示意圖；圖15：為實施例6所獲得的具有編織形貌的電紡絲纖維聚集體的掃描電鏡照片；具體實施方式實施例1將導(dǎo)線按照單編方式編織形成網(wǎng)格接收模板，導(dǎo)線的直徑為0.1mm,導(dǎo)線間距為0.14mm，選取此網(wǎng)格模板作為收集基板（圖2）。將0.275g聚乳酸（PDLLA，Mw＝45kDa）溶解于8mlN，N－二甲基甲酰胺（DMF）和2ml四氫呋喃（THF）當(dāng)中，室溫下攪拌形成均一穩(wěn)定的溶液。將高分子溶液放入到注射器當(dāng)中，注射器針頭處連接高壓電源。溶液供給流量通過流量泵控制在0.2ml/h，施加的電壓為5kv，高壓端同接地端的距離為10cm。通過此過程，收集到同基板結(jié)構(gòu)相似的具有規(guī)則形貌的電紡絲纖維聚集體（圖7、8）。實施例2將直徑為0.15mm的直細導(dǎo)線固定在絕緣板上作為線凸起收集模板。將0.275g聚乳酸（PDLLA，Mw＝45kDa）溶解于8mlN，N本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種可控圖案化電紡絲纖維聚集體的制備方法，包括如下步驟：（1）同傳統(tǒng)電紡絲方法，配制具有適合電紡絲工藝濃度的聚合物或者其它材料的溶液或者熔體；（2）將聚合物或者其它材料的溶液或者熔體裝入電紡絲液供給裝置；（3）將具有特定圖案結(jié)構(gòu)的收集模板同低壓接地端相連，作為電紡絲過程的收集基板；所述的具有特定圖案結(jié)構(gòu)的收集模板為，包括一個基板部分和多個凸起部分，基板部分可以導(dǎo)電，也可以絕緣；凸起部分的凸起的高度可以在10μm－5000μm之間調(diào)控，凸起面可以是點狀或線狀或點線組合；（4）通過流量泵調(diào)控電紡絲液的供給流量為0－20ml/h；（5）調(diào)節(jié)高壓發(fā)生端同收集裝置之間的距離為3cm－30cm；（6）通過高壓發(fā)生器給電紡絲過程提供高壓，可在0－40kv之間調(diào)控；（7）均勻噴出上述具有特定圖案結(jié)構(gòu)的收集模板上，獲得具有特定圖案結(jié)構(gòu)的電紡絲纖維聚集體。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種具有編織效果的電紡絲纖維聚集體的制備方法，包括如下步驟：將0.275gMw＝45kDa的聚乳酸溶解于8mlN，N－二甲基甲酰胺(DMF)和2ml四氫呋喃(THF)當(dāng)中，室溫下攪拌形成均一穩(wěn)定的溶液；將高分子溶液放入到注射器當(dāng)中，注射器針頭處連接高壓電源；溶液供給流量通過流量泵控制在0.2ml/h，施加的電...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：常江，張大明，
申請(專利權(quán))人：上海昊海生物科技股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：