[發明專利]一種納米纖維取向和厚度可控的靜電紡絲裝置

有效

• 申請號: 202010747607.1
• 申請日: 2020-07-29
• 公開（公告）號: CN111945236B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發明（設計）人: 杜昶;余雪貴
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: D01D5/00
• 分類號: D01D5/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強

本發明公開了一種納米纖維取向和厚度可控的靜電紡絲裝置。所述裝置包括底座部分、第一電機、第二電機、接收裝置、擦除裝置、滑桿位置調節裝置、針頭位置調節裝置、高壓靜電發生器、注射泵和針頭；接收裝置包括兩根導電滑桿和導電滾筒；兩根導電滑桿的間距與高度都是可以通過滑桿位置調節裝置進行調節，針頭的高度、排列可通過針頭位置調節裝置進行調節。本發明裝置可以避免滾筒高速旋轉，在低轉速下即可得到大面積上高度有序的納米纖維，可多針頭紡絲，可得到大厚度三維纖維，亦可顯著提高紡絲效率。

技術領域

本發明屬于靜電紡絲及機械工程技術領域，具體涉及一種納米纖維取向和厚度可控的靜電紡絲裝置。

背景技術

靜電紡絲納米纖維具有比表面積大、長徑比大和孔隙率高等特點，有廣泛的應用，其應用包括組織工程、生物傳感器、過濾、傷口敷料、藥物遞送和酶固定化。與二維納米結構相比，具有顯著厚度、空間分布互連孔結構的3D納米纖維不僅可以提供細胞粘附和生長模板，也促進營養物和代謝物進出工程組織的運輸，更接近天然細胞外基質。另外，高度取向和規則排列的納米纖維具有特殊的力學、光學、生物學和電學性質，這極大地擴展了納米纖維的應用。有序纖維可用作傳感器、增強材料，可用于燃料電池領域，還可用于骨、神經、血管、肌腱、韌帶、心臟等組織工程中。

迄今已有諸多改進裝置或輔助方法來制備有序納米纖維，但每種方法不是得到的纖維取向度不高，就是有序纖維長度、面積受到限制（王興雪,王海濤,鐘偉,杜強國,許元澤.靜電紡絲納米纖維的方法與應用現狀[J].非織布布,2007(02):14-20.）。最常用的滾筒接收裝置需要在極高的轉速下才能得到有序纖維，但取向度不高，而且過高的轉速會使纖維斷裂（Chew Sing Yian,Wen Jie,Yim Evelyn K F,Leong Kam W. Sustained releaseof proteins from electrospun biodegradable fibers. [J]. Biomacromolecules,2005,6(4).），此外高轉速對裝置的精度要求高，不然裝置會劇烈震動，從而降低裝置的使用壽命以及引發安全問題。Smit等提出利用水浴槽收集靜電紡絲納米纖維,靜電紡絲纖維氈首先沉積到水浴中水的表面,然后把纖維氈拉到水浴槽的邊緣,用旋轉圓輥收集裝置接收紗線。此裝置的優點是裝置簡單，可以得到長的紗線，纖維在紗線里面一般具有很好的排列 ;缺點是紗線的收集速度比較慢。Li 等利用兩個平行的電極收集到有序排列的纖維。此裝置的優點是裝置簡單，可以比較容易地得到高度取向排列的纖維, 取向的纖維比較容易地轉移到另外的基板上;缺點是排列纖維的長度受到一定的限制（Li D, Wang Y and XiaY.Electrospinning of Polymeric and Ceramic Nano-fibers as Uniaxially AlignedArrays Nano Lett.2003 31167.）。Theron等采用圓盤尖端邊緣為接收裝置成功收集到PEO 單絲連續纖維。主要是由于圓盤的尖端使電荷充分集中，纖維可以被連續地收集, 而且收集后的纖維由于存在相互排斥的殘余電荷而彼此不粘連。此裝置的優點是裝置簡單,可以得到高度有序排列的纖維;缺點是在同一轉速下當沉積的纖維變厚時得不到高度有序排列的纖維，僅僅用于收集小面積的纖維（Theron A , Zussman E and Yarin A L.Electrostatic field-assistedAlignment of Electrospun Nano-fibresNanotechnology .2001 12384.）。