[發明專利]基于微流體紡絲氧化石墨烯纖維及三維支架的制備方法

有效

• 申請號: 202010072506.9
• 申請日: 2020-01-21
• 公開（公告）號: CN111270349B
• 公開（公告）日: 2022-12-16
• 發明（設計）人: 頃淮斌;農登;鄭開宏
• 申請（專利權）人: 廣東省材料與加工研究所
• 主分類號: D01F9/12
• 分類號: D01F9/12;D01F9/32;C12N5/09
• 代理公司: 廣東世紀專利事務所有限公司 44216
• 代理人: 劉卉

本發明所述的氧化石墨烯纖維的制備方法、氧化石墨烯纖維三維支架的制備方法、以及氧化石墨烯纖維三維支架的應用中：首先采用PDMS與毛細玻璃管組裝成微流體芯片；然后采用微流體濕法紡絲方法制備直徑為微米級的氧化石墨烯纖維；再將該微流體芯片裝載在3D打印平臺上，打印出十字交叉型氧化石墨烯纖維三維支架；最后采用人源神經母瘤細胞接種于該氧化石墨烯纖維支架上，通過7天培養，細胞可以正常粘附、鋪展和增值，具有良好的細胞相容性。本發明采用三通型微流體紡絲芯片，通過將氧化石墨烯凝膠作為微流體芯片的內流體，將另一種溶液作為微流體紡絲芯片的外流體，實現了氧化石墨烯纖維長度和直徑的可控制備，降低了凝固浴溶液的使用量，節約環保。

技術領域

本發明涉及石墨烯宏觀組裝材料技術領域，更具體地，涉及一種基于微流體紡絲氧化石墨烯纖維及三維支架的制備方法，以及氧化石墨烯纖維三維支架的應用。

背景技術

石墨烯是一種由碳單原子按照sp²雜化軌道構成的層狀二維平面材料，自從2004年被英國科學家Andre Geim和Kostya Novoselov采用機械剝離法從石墨中制備出來以后，在物理、化學、材料、能源及生物領域獲得廣泛的研究。石墨烯具有高的斷裂強度、高的楊氏模量、優異的熱導及電導性能、大的比表面積、良好的生物相容性，這些優異的性能推動了石墨烯及其相關衍生物材料的發展，也推動了由石墨烯納米材料構建宏觀組裝材料，如石墨烯纖維、石墨烯紙及薄膜和石墨烯氣凝膠等的發展。

將石墨烯組裝成宏觀材料，是實現石墨烯產業化應用的重要研究方向。傳統制備石墨烯纖維的方法主要有受限水熱處理法和濕法紡絲法。其中受限水熱處理法包括：曲良體組以氧化石墨烯溶液有前驅體，通過將氧化石墨烯注入到毛細玻璃管模具中，兩端封閉，然后于230℃進行5～8h水熱處理，制備得到了石墨烯纖維。但是該方法存在不足，包括封閉操作難度大，反應時間長，而且纖維長度和直徑受限于毛細玻璃管的長度和直徑，難以實現規模化制備。濕法紡絲法包括：高超組以氧化石墨烯液晶為紡絲液，以氫氧化鉀和甲醇混合溶液為凝固液，以注射器頭為紡絲頭，采用直接擠入的方式，再施加牽引力，制備氧化石墨烯纖維，然后經過化學還原將其轉變為石墨烯纖維。但是采用該方法制備的石墨烯纖維直徑不可控，并且需要消耗大量的有毒凝固液，不利于環境保護。

此外，也有現有技術采用同軸靜電紡絲的技術方案，例如公開號為CN106943626A，主題為一種負載kartogenin的納米纖維組織工程支架的制備方法的中國發明專利，采用皮層靜電紡絲溶液、芯層靜電紡絲溶液分別裝入注射器中，進行同軸靜電紡絲，然后進行熏蒸處理，真空干燥，即得負載kartogenin的納米纖維組織工程支架。但是該技術方案同樣不能控制纖維直徑，由于凝固液的使用對環境污染污染較大。

發明內容

本發明的首要目的在于針對上述缺陷和不足，基于設備簡單，過程可控，紡絲參數可以調節的仿生蜘蛛紡絲技術的微流控紡絲技術，提供一種纖維長度和直徑可控、環保的氧化石墨烯纖維的制備方法。

本發明的另一個目的在于，提供一種結合3D打印平臺，可以實現氧化石墨烯纖維三維支架的可控制備，并且有助于規模化生產的氧化石墨烯纖維三維支架的制備方法。

本發明的再一個目的在于，提供一種所述氧化石墨烯纖維三維支架的應用。

為了實現上述目的，本發明采用的具體技術方案為：

本發明所述的氧化石墨烯纖維的制備方法、氧化石墨烯纖維三維支架的制備方法、以及氧化石墨烯纖維三維支架的應用中：首先采用PDMS(聚二甲基硅氧烷)與毛細玻璃管組裝成微流控紡絲芯片；然后采用微流體濕法紡絲方法制備直徑為微米級的氧化石墨烯纖維；再將該微流體芯片裝載在3D打印平臺上，打印出十字交叉型氧化石墨烯纖維三維支架；最后采用人源神經母瘤細胞接種于該氧化石墨烯纖維支架上，通過7天培養，細胞可以正常粘附、鋪展和增值，驗證了該氧化石墨烯纖維三維支架具的良好的細胞相容性。

本發明所述的基于微流體紡絲的氧化石墨烯纖維的制備方法，包括以下步驟：