CN102560699A - 具有轴向取向结构静电纺圆柱形管状支架的制备及其装置 - Google Patents

具有轴向取向结构静电纺圆柱形管状支架的制备及其装置 Download PDF

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柯勤飞
黄晨
莫秀梅
林童
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Abstract

本发明涉及一种具有轴向取向结构静电纺圆柱形管状支架的制备及其装置，包括：(1)制备纺丝溶液；(2)将上述纺丝溶液进行静电纺丝，通过接收装置使纤维定向沉积在接收装置的圆柱形绝缘转轴上，将沉积在转轴上的纤维膜抽出，真空干燥即得；制备具有轴向取向结构静电纺圆柱形管状支架的接收装置包括：马达、皮带传送装置、传动转轴以及收集转轴；所述的马达与传动转轴相连，通过皮带传送装置带动收集转轴的两端同步转动；所述的收集转轴分为三段，中间段为绝缘圆柱体，始末端与两段金属圆体相连，由金属圆柱体固定并带动旋转。本方法具有较高的可操作性，使用的接收装置结构新颖合理，所得管状支架上的纤维呈现高度取向性，沿支架轴向定向排列。

Description

具有轴向取向结构静电纺圆柱形管状支架的制备及其装置
技术领域
本发明属于静电纺丝支架材料的制备及其装置领域，特别涉及一种具有轴向取向结构静电纺圆柱形管状支架的制备及其装置。
背景技术
静电纺丝技术在过去十年得到了飞速发展，是制备纳米纤维的有效途径之一。静电纺丝法制备的纤维支架具有高孔隙率、低孔径及高比表面积等特点，有着广泛的应用潜力。
通常，电纺纤维以无规形式沉积在接收装置上，这限制了其在组织工程，尤其是神经修复组织工程中的应用。因为已有大量研究表明，当电纺纤维沿神经导管轴向取向排列时，神经细胞会沿着纤维排列方向生长，从而加快神经再生与愈合。而当纤维呈无规排列，或沿径向取向排列时，将不具备类似功效。
因此，很多研究者对控制电纺纤维的排列进行了研究。其中最常用的方法是使用旋转的接收转轴，通过高速旋转使纤维定向沉积于转轴表面。该方法虽然能够有效地获得高度取向排列的纤维膜，或者纤维沿转轴径向取向排列的管状支架，却无法得到轴向取向的支架。因此，有研究者采用“空气柱”法，即利用两根金属棒之间的空气柱控制纤维沉积方向。由于空气为绝缘体，金属棒为导体，金属棒和空气柱之间产生的电势差诱导纤维搭在两根金属棒之间，呈轴向排列。然而这种方法亦有其局限性：首先，装置无法旋转，导致纤维沉积不均匀；其次，空气柱无法对管状支架起到有效的支撑作用，一旦距离过长，纤维易于集聚为纱线或纤维束，因而限制了管状支架的长度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具有轴向取向结构静电纺圆柱形管状支架的制备及其装置，该方法适用于多种聚合物材料，所得圆柱形管状支架上的纤维均沿支架轴向定向排列，该装置简单，操作容易。
本发明的一种具有轴向取向结构静电纺圆柱形管状支架的制备方法，包括：
(1)将聚合物溶于有机溶剂中，搅拌12-24小时至完全溶解，得到浓度为0.05-2.0克/毫升的纺丝溶液；
(2)将上述纺丝溶液进行静电纺丝，通过接收装置使纤维定向沉积在接收装置的绝缘圆柱体上；持续静电纺丝2-12小时后，取下转轴，将沉积在上的纤维膜抽出，真空干燥后，即得圆柱形管状支架。
所述步骤(1)中的聚合物为可通过静电纺丝技术成丝的聚合物，为聚乳酸、聚己内酯、聚氨酯或胶原蛋白。
所述步骤(1)中的溶剂为六氟异丙醇或二氯甲烷。
所述步骤(1)中的搅拌为磁力搅拌。
所述步骤(2)中的静电纺丝是在通风橱内进行的。
所述步骤(2)中的绝缘圆柱体的旋转速度为5-60转/分。
所述步骤(2)得到的圆柱形管状支架，其纤维沿所述的圆柱形绝缘转轴的轴向定向排列，支架直径为1-20毫米，如图3所示。
一种制备具有轴向取向结构静电纺圆柱形管状支架的接收装置，该装置包括：马达、皮带传送装置、传动转轴以及收集转轴；其中，所述的马达与传动转轴相连，通过皮带传送装置带动收集转轴的两端同步转动；所述的收集转轴分为三段，中间段为绝缘圆柱体，始端和末端分别与第一金属圆体和第二金属圆体相连，由两个金属圆柱体固定并带动旋转，如图1所示。
所述的绝缘圆柱体的直径为1-20毫米，绝缘部分长度可调，为5-80毫米。
本发明可依据不同聚合物，选择相应的溶剂，如六氟异丙醇、二氯甲烷等。
所得的圆柱形管状支架的纤维定向排列的原因在于高压电场下，收集转轴的金属体与绝缘体相连处产生电势差，诱导纤维定向排列。
本发明的接收装置的收集转轴可拆卸，通过使用不同长度、不同直径的绝缘圆柱体，所制备管状支架亦具有不同长度与直径，如图2所示。
本发明使用了一种特殊的接收装置。在高压电场下，金属导体与绝缘体之间的电势差使纤维有序排列，同时通过转轴的旋转确保纤维在管状支架上均匀分布。该方法适用于所有可通过静电纺丝法成丝的聚合物，在神经修复组织工程以及其他领域有着一定的应用潜力。
本发明通过独特的接收装置获得长度、直径可调，且纤维沿支架轴向取向的静电纺圆柱形管状支架，为电纺支架在神经组织工程以及其他领域的应用打下基础。
有益效果
本方法具有较高的可操作性，使用的接收装置结构新颖合理，所得管状支架上的纤维呈现高度取向性，沿支架轴向定向排列。
附图说明
图1.是转轴接收装置的示意图；1-马达，2-皮带传送装置，3-传动转轴，4-收集转轴，5-绝缘圆柱体，6-收集转轴的始端，7-收集转轴的末端，8-第一金属圆体，9-第二金属圆体；
图2.是不同直径、长度的静电纺丝圆柱形管状支架数码相机照片；
图3.是静电纺丝圆柱形管状支架上纤维的扫描电镜照片，通过对支架内壁和外壁的分别对焦，可清晰观察到纤维沿支架轴向的取向排列。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
按照前述制备本发明中具有轴向取向结构的圆柱形管状支架的方法，包括纺丝液的制备、静电纺纤维的收集和管状支架的取出及保存步骤，采用以下工艺条件：
(1)将0.8克胶原蛋白溶于10毫升六氟异丙醇中，磁力搅拌12-24小时至完全溶解，得到浓度为8％(克/毫升)的胶原蛋白溶液。
(2)通过旋转接收装置进行静电纺丝，纺丝条件：电压15千伏；接收距离150毫米；纺丝速率，1.0毫升/小时，旋转速率10转/分钟，转轴绝缘段直径2毫米，长度20毫米。
(3)持续静电纺丝2小时后，取下转轴，将沉积在上的纤维膜抽出，得到胶原蛋白纳米纤维管状支架，并置于真空干燥箱保存。
所得的管状支架内径2毫米，长度20毫米，胶原蛋白纤维沿支架轴向取向排列，平均直径313纳米。
实施例2
按照前述制备本发明中具有轴向取向结构的圆柱形管状支架的方法，包括纺丝液的制备、静电纺纤维的收集和管状支架的取出及保存步骤，采用以下工艺条件：
(1)将0.75克聚乳酸溶于10毫升六氟异丙醇中，磁力搅拌12-24小时至完全溶解，得到浓度为7.5％(克/毫升)的聚乳酸溶液。
(2)通过旋转接收装置进行静电纺丝，纺丝条件：电压，12千伏；接收距离，150毫米；纺丝速率，1.0毫升/小时，旋转速率50转/分钟，转轴绝缘段直径3毫米，长度20毫米。
(3)持续静电纺丝5小时后，取下转轴，将沉积在上的纤维膜抽出，得到聚乳酸纳米纤维管状支架，并置于真空干燥箱保存。
所得的管状支架内径3毫米，长度20毫米，聚乳酸纤维沿支架轴向取向排列，平均直径820纳米。
实施例3
按照前述制备本发明中具有轴向取向结构的圆柱形管状支架的方法，包括纺丝液的制备、静电纺纤维的收集和管状支架的取出及保存步骤，采用以下工艺条件：
(1)将1.0克聚己内酯溶于10毫升二氯甲烷中，磁力搅拌12-24小时至完全溶解，得到浓度为10％(克/毫升)的聚己内酯溶液。
(2)通过旋转接收装置进行静电纺丝，纺丝条件：电压，20千伏；接收距离，20毫米；纺丝速率，1.5毫升/小时，旋转速率50转/分钟，转轴绝缘段直径10毫米，长度50毫米。
(3)持续静电纺丝6小时后，取下转轴，将沉积在上的纤维膜抽出，得到聚己内酯纳米纤维管状支架，并置于真空干燥箱保存。
所得的管状支架内径10毫米，长度50毫米，聚己内酯纤维沿支架轴向取向排列，平均直径563纳米。
实施例4
按照前述制备本发明中具有轴向取向结构的圆柱形管状支架的方法，包括纺丝液的制备、静电纺纤维的收集和管状支架的取出及保存步骤，采用以下工艺条件：
(1)将1.4克聚乳酸-羟基乙酸溶于10毫升二氯甲烷中，磁力搅拌12-24小时至完全溶解，得到浓度为14％(克/毫升)的聚乳酸-羟基乙酸溶液。
(2)通过旋转接收装置进行静电纺丝，纺丝条件：电压，20千伏；接收距离，15毫米；纺丝速率，1.0毫升/小时，旋转速率100转/分钟，转轴绝缘段直径1.5毫米，长度25毫米。
(3)持续静电纺丝10小时后，取下转轴，将沉积在上的纤维膜抽出，得到聚乳酸-羟基乙酸纳米纤维管状支架，并置于真空干燥箱保存。
所得的管状支架内径1.5毫米，长度25毫米，聚乳酸-羟基乙酸纤维沿支架轴向取向排列，平均直径446纳米，如图3所示。
实施例5
具有轴向取向结构静电纺圆柱形管状支架的接收装置，该装置包括：马达1、皮带传送装置2、传动转轴3以及收集转轴4；其中，所述的马达1与传动转轴3相连，通过皮带传送装置2带动收集转轴4的两端同步转动；所述的收集转轴分为三段，中间段为绝缘圆柱体5，始端6和末端7分别与第一金属圆体8和第二金属圆体9相连，由两个金属圆柱体固定并带动旋转。
所述的绝缘圆柱体5的直径为1-20毫米，绝缘部分长度为5-80毫米。

Claims (9)

1.一种具有轴向取向结构静电纺圆柱形管状支架的制备方法，包括：
(1)将聚合物溶于有机溶剂中，搅拌12-24小时至完全溶解，得到浓度为0.05-2.0克/毫升的纺丝溶液；
(2)将上述纺丝溶液进行静电纺丝，通过接收装置使纤维定向沉积在接收装置的绝缘圆柱体(5)上；持续静电纺丝2-12小时后，取下转轴，将沉积在上的纤维膜抽出，真空干燥后，即得圆柱形管状支架。
2.根据权利要求1所述的一种具有轴向取向结构静电纺圆柱形管状支架的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的聚合物为聚乳酸、聚己内酯、聚氨酯或胶原蛋白。
3.根据权利要求1所述的一种具有轴向取向结构静电纺圆柱形管状支架的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的溶剂为六氟异丙醇或二氯甲烷。
4.根据权利要求1所述的一种具有轴向取向结构静电纺圆柱形管状支架的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的搅拌为磁力搅拌。
5.根据权利要求1所述的一种具有轴向取向结构静电纺圆柱形管状支架的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的静电纺丝是在通风橱内进行的。
6.根据权利要求1所述的一种具有轴向取向结构静电纺圆柱形管状支架的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的绝缘圆柱体(5)的旋转速度为5-60转/分。
7.根据权利要求1所述的一种具有轴向取向结构静电纺圆柱形管状支架的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)得到的圆柱形管状支架，其纤维沿所述的圆柱形绝缘转轴的轴向定向排列，支架直径为1-20毫米。
8.一种制备具有轴向取向结构静电纺圆柱形管状支架的接收装置，其特征在于：该装置包括：马达(1)、皮带传送装置(2)、传动转轴(3)以及收集转轴(4)；其中，所述的马达(1)与传动转轴(3)相连，通过皮带传送装置(2)带动收集转轴(4)的两端同步转动；所述的收集转轴分为三段，中间段为绝缘圆柱体(5)，始端(6)和末端(7)分别与第一金属圆体(8)和第二金属圆体(9)相连，由两个金属圆柱体固定并带动旋转。
9.根据权利要求8所述的一种制备具有轴向取向结构静电纺圆柱形管状支架的接收装置，其特征在于：所述的绝缘圆柱体(5)的直径为1-20毫米，绝缘部分长度为5-80毫米。
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