[發明專利]一種靜電紡絲法制備納米級螺紋細絲的裝置及方法

無效

• 申請號: 201110280427.8
• 申請日: 2011-09-20
• 公開（公告）號: CN102418156A
• 公開（公告）日: 2012-04-18
• 發明（設計）人: 李偉;徐芃;周華從;劉會洲;趙君梅
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: D01D5/00
• 分類號: D01D5/00;D01D1/02
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 陳慧珍

技術領域

本發明涉及一種制備納米級螺紋細絲的裝置及方法，具體涉及一種靜電紡絲法制備納米級螺紋細絲的裝置及方法。

背景技術

在納米纖維的制備方法中，靜電紡絲是目前能夠制備直徑低至幾個納米的連續纖維的唯一方法。這種方法適合于合成和天然聚合物以及陶瓷和金屬納米纖維的制備，并且簡便易行、可以直接從聚合物及復合材料制備連續纖維的方法，其制備的納米纖維薄膜通常是以無紡布形式存在的。

靜電紡絲技術具有一些突出的優點：設備和實驗成本較低，纖維產率較高，制備出的纖維比表面積大，并且適用于許多不同種類的材料。這些優點使靜電紡絲納米纖維薄膜在許多領域具有廣泛的潛在應用，例如：組織工程、藥物緩釋、納米傳感器、能源應用、生物芯片基質和催化劑負載等等。

雖然早在20世紀30年代靜電紡絲技術就已經發明了，但是直到近10年來，人們才對靜電紡絲技術進行了比較系統的理論研究。實驗證實，用靜電紡絲法制得的纖維比傳統紡絲法制得的纖維細的多，直徑一般在幾十納米至幾微米之間，最小絲的直徑可達到1納米。靜電紡絲技術已經成為制備超細纖維和納米纖維的重要方法。目前已有超過100種不同高分子聚合物成功地通過該方法實現了納米紡絲，包括制備傳統人造纖維的合成材料、塑料彈性體、生物降解材料、天然蠶絲、蜘蛛絲甚至蛋白質、核酸和細胞等。

除了用靜電紡絲制備各種不同材料的纖維，人們開始研究如何實現對纖維形貌的控制。例如控制纖維的直徑并且控制其成膜的孔隙率來實現其過濾以及各種生物功能，以及利用靜電紡絲過程中相分離制備表面具有多孔的納米細絲。表面具有多孔的納米細絲纖維由于其具有多孔特性，所以具有更大的比表面積，這樣的性質首先除了可以用在傳感器、過濾器材的制備，多孔表面還可以一定程度上控制材料表面的潤濕過程和吸附過程。但是對紡絲材料和溶液性質有一定要求和限制。

對于螺旋狀絲的研究與制備，也是技術熱點之一，螺旋狀絲可以用在仿生材料和電磁材料的制備。典型的螺旋狀絲制備所用裝置如CN?2862566Y所示，其公開了一種螺旋狀炭纖維絲編織帶電發熱管，以螺旋狀炭纖維編織帶作為電發熱體，將其密封在空心的石英玻璃管中，通過兩組過渡串連接金屬部件，使螺旋狀炭纖維編織帶的兩尾端與石英玻璃管外部的兩個電源電極相連，多股長絲炭纖維編織而成的條狀炭纖維帶盤旋成螺旋狀被密封在一個填充有惰性氣體的空心石英玻璃管中，螺旋狀炭纖維編織帶的兩個尾端分別串連接一組金屬導電部件，伸展到石英管兩個閉合尾端的外部形成兩個外部電極。但目前制備螺旋狀絲所用的電紡儀器相對復雜，并且得到高產的取向固定的螺旋狀絲薄膜也是一大難題。因此，雖然制備具有特定形貌或表面特征納米纖維困難重重，但是這種研究對于推動材料先進化和功能化具有非常重要的意義。

螺紋是目前人們生活中常見的一種結構，例如彈簧和螺紋鋼的設計等。因為其具有增大摩擦阻力、連接固定等優點，所以這樣的設計被廣泛應用在工業生產以及生活用品。對于螺紋纖維來說：首先，具有螺紋結構的超細纖維可以應用于人工器官、仿生材料、微型器件的制備。第二，其有規律的起伏度增大了成膜后的比表面積和膜的透氣程度，可適用于藥物纖維膜的制備。第三，螺紋結構也可以控制材料表面的吸附和潤濕的過程。工業上螺紋的加工方法主要分為切削加工和模具加工。

但是目前對超細纖維的螺紋結構制備還沒有相關的報道。所以迫切需要一項新技術來制備具有螺紋結構的納米纖維，并且希望其對材料不具有任何限制。

發明內容

本發明的目的之一在于提供一種制備螺紋狀納米細絲的電紡絲裝置，本發明對注射器針頭附近進行重新設計，在針口處施加一個交變的電磁場，可調節磁場的強弱，和變化頻率及磁場方向。其制備的表面具有螺紋結構的納米細絲，對靜電紡絲裝置進行細微改變，并且實現多種材料的適用性。

本發明所述交變磁場的電壓優選20kV-30kV，優選25kV。

本發明所用噴絲條件與現有技術相同，例如噴絲口與接收板距離為15-30cm，優選20-25cm，更優選20cm；所用針頭選擇6-9號針頭，優選7-8號針頭，更優選8號針頭。

本發明的目的之一還在于提供一種簡便易行，成本低廉，對儀器無特殊要求的制備方法。所述方法包括如下步驟：

(a)配制靜電紡絲溶液，攪拌直至充分混合均勻。

(b)如果制備載藥體系，可加入藥物，然后攪拌直至充分混合均勻。

(c)除去溶液中的氣泡。

(d)將紡絲液載入注射器，然后進行靜電紡絲，調節交變磁場，獲得納米級螺紋紡絲。