一種可控圖案化電紡絲纖維聚集體的制備方法技術

本發明專利技術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構的電紡絲纖維聚集體。本發明專利技術設計和制備具有特定圖案結構的收集模板，并通過這些收集模板來制備具有可控圖案結構的電紡絲纖維聚集體。

【技術實現步驟摘要】

本案是中國專利申請(200710047614.5)的分案申請。本專利技術涉及，屬于微納米尺度電紡絲纖維制備領域。
技術介紹
隨著工業的發展和科技的進步，電紡絲技術受到了越來越多的關注。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得到了廣泛的應用。電紡絲技術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、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、光子等工業應用中具有某些特定的功能性，比如說，某些特定結構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構的電紡絲纖維聚集體在生物組織工程以及許多工業應用中都具有深遠的意義。通常來說，利用電紡絲技術收集到的纖維呈現雜亂無章的無紡結構。目前，盡管已經可以利用滾輪裝置、帶有絕緣缺口的導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雜可控圖案結構的纖維聚集體還是一項空白。
技術實現思路
本專利技術的目的在于設計和制備具有特定圖案結構的收集模板，并通過這些收集模板來制備具有可控圖案結構的電紡絲纖維聚集體。本專利技術首先設計利用具有特定圖案結構的模板作為電紡絲過程的收集基板，包括網格收集模板。這種模版利用不同直徑的金屬導線編織成具有不同圖案的網格模板；金屬導線的直徑可以在O.1mm - 5_之間調控；網格的編織可以采用單編、雙編等編織方式(如圖2、3)，可以根據編成所需的文字和花紋圖案調節金屬導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，基板部分可以導電， 也可以絕緣；凸起部分的凸起的高度可以在10 μ m — 5000 μ m之間調控，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所需的文字和花紋圖案調節。 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構的凸起收集模板，另外，通過設計應用可控圖案化收集模板，本專利技術提供了一種制備具有可控圖案結構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(I)同傳統電紡絲方法，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構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)通過流量泵調控電紡絲液的供給流量為O — 20ml/h ；(5)調節高壓發生端同收集裝置之間的距離為3cm — 30cm ；(6)通過高壓發生器給電紡絲過程提供高壓，可在O — 40kv之間調控；(7)均勻噴出上述具有特定圖案結構的收集模板上，獲得具有特定圖案結構的電紡絲纖維聚集體。通過設計應用上述收集模板，相比較于傳統的電紡絲收集方法，獲得了意想不到的結果，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，當接收模板結構發生變化時，電場力作用方向發生變化而僅僅指向收集模板當中的導電區域，在此種變形電場作用下，纖維傾向于朝收集模板的導電區域運行，而不向模板中的絕緣或鏤空區域運行 (如圖1A);當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接收模板出現極性相反的電荷，異性電荷相互吸引產生庫倫引力，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)， 由于纖維片斷同領近凸起的間距小于模板其它區域，所以纖維在較大庫侖引力的作用下優先沉積在凸起上(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。本專利技術具有以下特點I)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電部分，當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。本專利技術在原料和工藝方法同原來一致的前提下，采用常規電紡絲技術，通過設計利用可控圖案化收集模板，在國際上首次制備出具有復雜圖案結構的纖維聚集體，而且纖維聚集體的結構形貌可以通過設計圖案化收集模板來進行實現調控；本專利技術闡述的方法擴展了電紡絲技術的概念，提供了一種新穎有效的電紡絲纖維的收集方式，使得復雜可控圖案結構的纖維聚集體的制備成為了可能，為電紡絲的實際應用，尤其在在生物醫學、光電、 傳感器等對材料圖案形貌有較高要求的區域提供了更為廣闊的前景。附圖說明圖I :為電紡絲工作原理及圖案化收集模板工作機理示意圖2:為實施例I所涉及的單編網格收集模板的掃描電鏡照片；圖3 :為雙編網格收集模板的結構示意圖及光學顯微鏡照片；圖4 :為實施例3圖5 :為實施例4圖6 :為實施例5圖7 :為實施例I片；圖8 :為實施例I圖9 :為實施例2微鏡照片；圖10 :為實施例片；圖11 :為實施例:圖12 :為實施例-圖13 :為實施例:圖14 :為實施例I圖15 :為實施例I3所獲得的具有圖案形貌的電紡絲纖維聚集體的光學顯微鏡照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； 4所獲得具有圖案形貌的電紡絲纖維聚集體的的結構示意圖；5所獲得具有圖案形貌的電紡絲纖維聚集體的的結構示意圖；6所涉及的機械可控凸起收集裝置的操作方式示意圖；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I將導線按照單編方式編織形成網格接收模板，導線的直徑為O. Imm,導線間距為 O. 14mm，選取此網格模板作為收集基板(圖2)。將O. 275g聚乳酸(PDLLA，Mw = 45kDa)溶解于8ml N, N —二甲基甲酰胺(DMF)和2ml四氫呋喃(THF)當中，室溫下攪拌形成均一穩定的溶液。將高分子溶液放入到注射器當中，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O. 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，收集到同基板結構相似的具有規則形貌的電紡絲纖維聚集體(圖7、8)。實施例2將直徑為O. 15mm的直細導線固定在絕緣板上作為線凸起收集模板。將O. 275g聚乳酸(PDLLA，Mw = 45kDa)溶解于8ml N，N —二甲基甲酰胺(DMF)和2ml四氫呋喃(THF)當中，室溫下攪拌形成均一穩定的溶液。將高分子溶液放入到注射器當中，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O. 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，纖本文檔來自技高網...

【技術保護點】
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）將具有特定圖案結構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構的收集模板為網格收集模板，即利用不同直徑的金屬導線編織成具有不同圖案的網格模板；金屬導線的直徑可以在0.1mm－5mm之間調控；（4）通過流量泵調控電紡絲液的供給流量為0－20ml/h；（5）調節高壓發生端同收集裝置之間的距離為3cm－30cm；（6）通過高壓發生器給電紡絲過程提供高壓，可在0－40kv之間調控；（7）均勻噴出上述具有特定圖案結構的收集模板上，獲得具有特定圖案結構的電紡絲纖維聚集體。

【技術特征摘要】
1.一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)將具有特定圖案結構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構的收集模板為網格收集模板，即利用不同直徑的金屬導線編織成具有不同圖案的網格模板；金屬導線的直徑可以在O. Imm - 5mm之間調控； (4)通過流量泵調控電紡絲液的供給流量為O— 20ml/h ； (5)調節高壓發生端同收集裝置之間的距離為3cm- 30cm ； (6)通過高壓發生器給電紡絲過程提供高壓，可在O— 40kv之間調控； (7)均勻噴出上述具有特定圖案結構的收集模板上，獲得具有特定圖案結構的電紡絲纖維聚集體。2.按權利要求I所述的一種可控圖案化電紡絲纖維...

【專利技術屬性】
技術研發人員：常江，張大明，
申請(專利權)人：上海昊海生物科技股份有限公司，
類型：發明
國別省市：