[發明專利]一種三維靜電紡非織造支架材料的制備方法及其裝置

無效

• 申請號: 201210006296.9
• 申請日: 2012-01-11
• 公開（公告）號: CN102586901A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 柯勤飛;黃晨;莫秀梅;林童
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: D01D5/00
• 分類號: D01D5/00;A61F2/00
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所 31233
• 代理人: 黃志達;謝文凱

技術領域

本發明屬于靜電紡絲支架材料的制備及其裝置領域，特別涉及一種三維靜電紡非織造支架材料的制備方法及其裝置。

背景技術

靜電紡絲技術，因其操作簡便、可紡材料廣泛，在過去二十年中得到了飛速發展，正成為超細纖維制備工藝中最常用的技術之一。電紡纖維的直徑多為納米或亞微米級，具有極高的比表面積和孔隙率，在組織工程、煙氣過濾、電池隔膜制備等領域具備一定應用潛力。

在組織工程中，電紡纖維支架能夠從結構和功能上仿生人體細胞外基質，起到加速細胞生長、促進組織愈合的作用。然而，傳統電紡支架呈薄膜狀結構，纖維間糾纏穿插、致密排列，使得支架的孔徑較小，常分布在幾十納米到幾微米之間。正是由于孔徑過小，細胞通常僅能在支架上表面生長，很難滲透到內部和下表面。這限制了靜電紡纖維支架材料在血管、骨、肺葉等組織工程中的應用。

因此，為了拓寬靜電紡絲材料的應用范圍，特別是拓寬其在組織工程中的應用，研究者們致力于紡制具有三維立體結構的超細纖維支架。與傳統電紡纖維膜相比，這種支架結構蓬松、纖維密度低、孔徑大，能夠使細胞向支架內部滲透生長。但此類方法亦存有明顯缺陷，如生產工藝較為復雜、無法一步成型、產量較低等。

到目前為止尚未見報道通過轉盤靜電紡絲技術制備三維非織造組織工程支架的方法。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種三維靜電紡非織造支架材料的制備方法及其裝置，該方法操作簡便，成本低，產量高，有望工業化生產；所得支架結構蓬松，具有良好的生物相容性，該裝置操作簡單。

本發明的一種三維靜電紡非織造支架材料的制備方法，包括：

(1)將可紡高聚物溶于丙酮/二甲基甲酰胺的混合溶劑中，攪拌后得到紡絲溶液；所述的混合溶劑中，丙酮與二甲基甲酰胺的體積比為2∶1；

(2)將紡絲溶液倒入溶液槽中，并將接收羅拉接地，對紡絲溶液施加40-75千伏的高壓靜電進行靜電紡絲，紡絲轉盤轉速45-55轉/分鐘，接收羅拉轉速20-60轉/分鐘，紡絲轉盤與接受羅拉的距離為15-25厘米，紡絲前通過紅外加熱器將接收羅拉的外周溫度控制在80-120攝氏度；持續靜電紡絲5-20分鐘后，將蓬松纖維網從接收羅拉上取下，得到三維非織造纖維支架材料；

(3)將上述三維非織造纖維支架材料真空干燥18-36小時，除去殘留溶劑，即可。

所述步驟(1)中的紡絲溶液中可紡高聚物的濃度為1.0-1.4克/毫升。

所述步驟(1)中的攪拌為磁力攪拌。

所述步驟(1)中的可紡高聚物為醋酸丁酸纖維素或聚苯乙烯。

所述步驟(2)中的靜電紡絲在通風櫥內進行。

所述步驟(2)中的蓬松纖維網，纖維以無規形式排列，直徑為300-1000納米。

所述步驟(2)中的蓬松纖維網，支架孔徑分布范圍為6到50微米。

步驟(1)中的紡絲液，溶質為醋酸丁酸纖維素，但不局限于該材料。其它高聚物，如聚苯乙烯等，亦可以一定濃度溶于相同溶劑體系，并通過靜電紡絲法制備出三維非織造支架材料。

步驟(2)中的蓬松纖維網，呈三維結構，單位面積上的纖維數量(50根/平方毫米)與傳統電紡纖維膜(160根/平方毫米)相比更低，如圖2所示。

步驟(2)中的蓬松纖維網，經過步驟(4)的真空干燥后，具有良好的生物相容性。在其上種植大鼠成纖維細胞，發現細胞可滲透到支架的內部，如圖3所示。

一種用于制備三維靜電紡非織造支架材料的轉盤靜電紡絲裝置，該裝置包括：馬達、溶液槽、紡絲轉盤、接收羅拉、靜電發生器和紅外加熱器；所述的靜電發生器與溶液槽相連接，所述的接收羅拉接地，紡絲轉盤與接受羅拉的距離為15-25厘米，所述的紅外加熱器用于控制接收羅拉的外周溫度；整套靜電紡絲裝置如圖1所示。

所述的溶液槽為長方形，以聚四氟乙烯為材質，接收羅拉以鋁為材質。

本發明使用了一種轉盤靜電紡絲技術，在高壓電場力的所用下，附著在轉盤周邊的溶液被拉伸成超細纖維，沉積在接收羅拉上。由于產率較傳統電紡提高100倍以上，紡絲過程中積聚在纖維上的電荷難以迅速消散，產生靜電斥力，使得纖維之間的距離增大，進而獲得結構蓬松的三維非織造支架，與傳統電紡纖維膜相比，結構更為蓬松，具有更大的孔徑和更高的孔隙率；細胞在基于該材料的組織工程支架中能夠實現向內滲透生長。

有益效果

(1)該方法操作簡便，成本低，產量可提高100倍以上，有望工業化生產；