静电纺管型支架之制备及如何运用于组织工程

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1、静电纺管型支架之制备及如何运用于组织工程第一章绪论1.1静电纺丝技术1.1.1静电纺丝的原理与发展早在一百多年前，有人使用电场力成功获得了合成纤维[1]，这一过程就是后来的静电纺丝。静电纺过程如图11所示，其原理是通过负载高电压，令聚合物溶液或溶体带有极性，并促使其向着极性相反的接收装置运动。由于静电斥力的作用，加上聚合物流体和接收装置间的异性相吸，被挤出的流体从圆形变为锥形(泰勒锥，Taylor　　静电纺管型支架之制备及如何运用于组织工程第一章绪论1.1静电纺丝技术1.1.1静电纺丝的原理与发展

2、早在一百多年前，有人使用电场力成功获得了合成纤维[1]，这一过程就是后来的静电纺丝。静电纺过程如图11所示，其原理是通过负载高电压，令聚合物溶液或溶体带有极性，并促使其向着极性相反的接收装置运动。由于静电斥力的作用，加上聚合物流体和接收装置间的异性相吸，被挤出的流体从圆形变为锥形(泰勒锥，Taylorcone)。随着电场强度克服流体表面张力，一道纤维射流便从泰勒锥前端喷射出来。该纤维射流沉积到接收装置之前，所含溶剂在空中迅速押发，最终获得了直径从几卜纳米到几十微米的超细纤维。该方法操作简单，成木低

3、廉，是获取超细纤维的一条有效途径。尽管静电纺被证明为一个相对简单和通用的路径来获取超细纤维非织造布，但其中一些工艺参数对纤维的性质有着至关重要的影响。因此，在该技术问世之后的30年内，其制备超细纤维的可行性并没有获得广泛认同。直到1934年，Formhals在一篇专利中介绍了利用静电斥力获得聚合物纤维的方法[3]，静电纺丝技术才真正成为制备超细纤维的有效方法。Formhals将醋酸纤维素溶解于丙酮和酒精的混合溶剂中，并设计了一个螺旋接收装置，最终制备出取向排列的醋酸纤维素静电纺纤维。虽然Formh

4、als成功证明利用静电纺丝可以获得连续的超细纤维，但是该技术直到上世纪90年代中段才得到纳米学界的重视。科学家们发现纳米纤维和纳米线具有极高的比表面积（相当于头发丝的1000倍），在很多领域有着应用潜力，具体包括纳米催化、组织工程支架、过滤与分离、复合材料增强、能量转换等[410]。虽然纳米纤维亦可通过相分离、自组装和模板合成等方法获得，但没有任何方法能够像静电纺丝一样，同时具备成本低、通用性广、操作简便等优点。在实验室规模下，一套典型的静电纺丝设备通常只需一个高压发生器（最高输出电压30千伏），

5、一个针筒，一个纯头针头，一个推进器以及一个接收装置即可。正是因为静电纺纳米纤维的广泛应用潜力，在过去的十多年中，静电纺丝技术得到了长足发展，一些重要的技术革新和应用如图12所示。其中，静电纺组织工程支架、静电纺取向纤维、静电纺纳米纤维纱线、静电纺三维结构纳米纤维等更是近年来持续的研究热点。最近10年来，静电纺丝技术逐渐从实验室科学研宄走向产业化，其中比较著名的是捷克的Elmarco公司，其无针静电纺设备Nanospider(图13)的产率较普通针纺高出数十倍，从而大幅度改善了普通静电纺产率过低的题

6、。与普通静电纺使用针头、每次只能产生一根纤维不同，无针静电纺将旋转金属圆柱体置于开放的溶液槽内，圆柱体下半部分浸没于纺丝液中，对整个体系施加高电压（通常为4060千伏）。因纺丝液具有一定粘度，圆柱体旋转后，原先浸没在溶液中的部分转移至空气中，其表面仍存有少量溶液。该部分溶液受高压电场影响，形成多个泰勒锥同时纺丝，从而在短时间获得大量纤维，为静电纺纤维的大规模制备提供了可能[1115]。1.1.2静电纺丝的影响因素影响静电纺丝的因素冇很多，按大类分可分为体系参数、过程参数和环境参数等。了解并掌握这些

7、参数对纺丝工艺、纤维形貌的影响，就能够有的放矢，采用最优化的纺丝参数获得理想纤维。1.1.2.1体系参数体系参数也括聚合物纺丝液的各种性质，如分子量、溶液粘度、溶剂挥发速率、溶液表面张力、溶液导电性等，这些性质从根本上影响着静电纺丝过程，对于所获纤维的性质起到了决定性作用。1.分子量和溶液粘度静电纺工艺中，能够形成纤维的一个必要条件是所用聚合物必须具有足够大的分子量。在纺丝液被电场力牵伸的过程中，分子链间的穿插缠绕阻止了溶液的碎裂或者断裂，闪此当分子量过小吋，便无法获得连续的纤维[16,17]。聚

8、合物溶液的粘度主要受聚合物相对分子质量和溶液浓度的影响，且与两者均成lE比关系。聚合物的分子量愈大，配制成相同粘度的聚合物溶液所需浓度愈小。在静电纺丝过程中，合适的粘度是获得连续纤维的保障[18]，若粘度过低，则易形成串珠[19,20],而粘度过高，溶液被挤出后往往很难形成泰勒锥，甚至会因为溶剂的挥发时将纺丝针头堵住[21]。第二章胶原蛋白/壳聚糖/热塑性聚氨酯共混纤维支架的制备与表征2.1引言作为传输血液、氧气及其他营养物质的重要通道，健康血管对于人体组织、器官的重要性不言而喻。