CN104911720B - 一种微纳米纤维结构可控的薄膜支架的分层制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微纳米纤维结构可控的薄膜支架的分层制备方法，包括以下步骤：1)将原料放入注射器中；2)使注射器的喷头与接收平台之间形成高压电场，再控制原材料从注射器喷头喷出的流量，原材料从注射器喷头喷出后在所述高压电场的作用下形成泰勒锥，并使所述泰勒锥分成若干条射流；3)步骤2)形成的若干射流沉积在接收平台上，形成若干条纳米纤维，二维移动平台带动接收平台在xy平面内运动，直至制备出待制备微纳米纤维结构可控的薄膜支架的上一层为止；4)z轴电机带动注射器的喷头向上移动，直至得到待制备微纳米纤维结构可控的薄膜支架为止。本发明能够实现微纳纤维结构可控的薄膜结构的制备。

Description

一种微纳米纤维结构可控的薄膜支架的分层制备方法

技术领域

本发明属于静电纺丝技术领域，涉及一种微纳米纤维结构可控的薄膜支架的分层制备方法。

背景技术

静电纺丝是一种通过施加高压电场力的作用，将聚合物溶液或熔体材料在喷头端形成泰勒锥，通过将材料延展形成高速射流，实现微纳米纤维结构的高效制造。传统的溶液或熔融静电纺丝技术所制备的微纳米纤维多为无序结构，可控性差，很难保证结构性能的稳定性，从而极大限制了其在特定领域的应用。为提高微纳米纤维的结构可控性，现有改进方法如采用平行电极、高速接收转股作为接收装置等可以制备出定向的微纳米纤维结构，但由于结构单一，不能任意控制纤维方向，不利于复杂结构的制造；最新发展的近场静电纺丝技术虽可通过改变喷头到接收装置的距离，以及接收装置的移动速度可以实现对单根微纳米纤维的可控沉积，但在制造复杂结构时存在效率低下、控制复杂等问题。

如何结合传统静电纺丝技术在微纳米纤维结构制造的高效性和现有新型静电纺丝纤维结构的可控性，实现微纳纤维结构可控的薄膜结构制造是当前研究与应用的难点。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种微纳米纤维结构可控的薄膜支架的分层制备方法，该方法能够实现微纳纤维结构可控的薄膜结构的制备，并且实现高效且可控的微纳纤维结构的分层制备。

为达到上述目的，本发明所述的微纳米纤维结构可控的薄膜支架的分层制备方法包括以下步骤：

1)将原料放入注射器中，其中，所述原材料为聚合物溶液或固体聚合物，当所述原材料为固体聚合物时，则将原材料加热至熔融状态后从注射器的喷头中喷出；当所述原材料为聚合物液体时，则将原材料直接从注射器的喷头喷出；

2)将接收平台接正电极，并将注射器的喷头接地，使注射器的喷头与接收平台之间形成高压电场，再控制原材料从注射器喷头喷出的流量，原材料从注射器喷头喷出后在所述高压电场的作用下形成泰勒锥，并使所述泰勒锥分成若干条射流；

3)步骤2)形成的若干射流沉积在接收平台上，形成若干条纳米纤维，二维移动平台根据待制备微纳米纤维结构可控的薄膜支架横截面的形状带动接收平台在xy平面内运动，直至制备出待制备微纳米纤维结构可控的薄膜支架的上一层为止；

4)z轴电机带动注射器的喷头向上移动预设距离，所述预设距离为上一层待制备微纳米纤维结构可控的薄膜支架的厚度，然后重复步骤3)，完成待制备微纳米纤维结构可控的薄膜支架下一层的制备；

5)重复步骤4)，直至得到待制备微纳米纤维结构可控的薄膜支架为止。

步骤1)中当所述原材料为聚合物溶液材料时，所述原材料为以聚乳酸为溶质、二甲基酰胺及二氯甲烷为溶剂的溶液、以PEO及蚕丝为溶质、蚕丝溶液为溶剂的溶液、以聚己内酯为溶质、氯仿及甲醇为溶剂的溶液、以胶原蛋白为溶质、六氟异丙醇为溶剂的溶液、以明胶为溶质、水为溶剂的溶液、或者以聚乳酸-羟基乙酸共聚物为溶质、六氟异丙醇为溶剂的溶液。

步骤1)中当所述原材料为固体聚合物时，原材料为聚己内酯，聚乳酸或聚乳酸-羟基乙酸共聚物。

将原材料从注射器喷头喷出的流量控制到20-2000μL/h，注射器喷头的内径为0.1-1mm。

注射器的喷头到接收平台之间的距离为10-180mm。

步骤2)中正电极的电压为5-30kV。

步骤3)中二维移动平台根据待制备微纳米纤维结构可控的薄膜支架横截面的形状带动接收平台在xy平面内以速度为200-1000mm/s运动。

步骤4)z轴电机带动注射器向上以速度为10-100mm/s移动预设距离。

所述待制备微纳米纤维结构可控的薄膜支架的厚度为50-500μm。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的微纳米纤维结构可控的薄膜支架的分层制备方法制备微纳米纤维结构可控的薄膜支架时，通过二维移动平台根据待制备微纳米纤维结构可控的薄膜支架横截面的形状带动接收平台在xy平面内运动，使纳米纤维依次排列在接收平台上，从而制备出待制备微纳米纤维结构可控的薄膜支架的一层，同时通过z轴电机带动注射器的喷头向上移动预设距离，然后通过二维移动平台的移动完成下一层待制备微纳米纤维结构可控的薄膜支架的制备，从而实现整个微纳纤维结构可控的薄膜结构的制备，制备速度快。与和传统静电纺丝技术相比，通过接收平台的高速移动控制纤维的沉积方向，使微纳米纤维的沉积方向和接收平台的移动方向一致，实现了微纳米结构的方向可控。同时在制备过程中，可以在制备每一层时通过改变工作台的移动方向实现微纳纤维结构的按需变化，从而可以克服现有定向纤维静电纺丝技术存在的纤维方向单一的问题。

附图说明

图1为本发明的原理图；

图2为本发明制备出的微纳米纤维结构可控的薄膜支架的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参考图1及图2，本发明所述的微纳米纤维结构可控的薄膜支架的分层制备方法包括以下步骤：

1)将原料放入注射器中，其中，所述原材料为聚合物溶液或固体聚合物，当所述原材料为固体聚合物时，则将原材料加热至熔融状态后从注射器的喷头中喷出；当所述原材料为聚合物液体时，则将原材料直接从注射器的喷头喷出；

2)将接收平台接正电极，并将注射器的喷头接地，使注射器的喷头与接收平台之间形成高压电场，再控制原材料从注射器喷头喷出的流量，原材料从注射器喷头喷出后在所述高压电场的作用下形成泰勒锥，并使所述泰勒锥分成若干条射流；

3)步骤2)形成的若干射流沉积在接收平台上，形成若干条纳米纤维，二维移动平台根据待制备微纳米纤维结构可控的薄膜支架横截面的形状带动接收平台在xy平面内运动，直至制备出待制备微纳米纤维结构可控的薄膜支架的上一层为止；

4)z轴电机带动注射器的喷头向上移动预设距离，所述预设距离为上一层待制备微纳米纤维结构可控的薄膜支架的厚度，然后重复步骤3)，完成待制备微纳米纤维结构可控的薄膜支架下一层的制备；

5)重复步骤4)，直至得到待制备微纳米纤维结构可控的薄膜支架为止。

步骤1)中当所述原材料为聚合物溶液材料时，所述原材料为以聚乳酸为溶质、二甲基酰胺及二氯甲烷为溶剂的溶液、以PEO及蚕丝为溶质、蚕丝溶液为溶剂的溶液、以聚己内酯为溶质、氯仿及甲醇为溶剂的溶液、以胶原蛋白为溶质、六氟异丙醇为溶剂的溶液、以明胶为溶质、水为溶剂的溶液、或者以聚乳酸-羟基乙酸共聚物为溶质、六氟异丙醇为溶剂的溶液，其中，聚合物溶液材料的质量百分比浓度为1-20％。

步骤1)中当所述原材料为固体聚合物时，原材料为聚己内酯，聚乳酸或聚乳酸-羟基乙酸共聚物。

将原材料从注射器喷头喷出的流量控制到20-2000μL/h，注射器喷头的内径为0.1-1mm。

注射器的喷头到接收平台之间的距离为10-180mm。

步骤2)中正电极的电压为5-30kV。

步骤3)中二维移动平台根据待制备微纳米纤维结构可控的薄膜支架横截面的形状带动接收平台在xy平面内以速度为200-1000mm/s运动。

步骤4)z轴电机带动注射器向上以速度为10-100mm/s移动预设距离。

所述待制备微纳米纤维结构可控的薄膜支架的厚度为50-500μm。

需要说明的是，当原料为固体聚合物时，所述注射器的内壁上设有加热器，注射器的外壁上设有保温层。

以上具体实施方式仅用于说明本发明，而非用于限定本发明。

Claims (5)

1.一种微纳米纤维结构可控的薄膜支架的分层制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将原材料放入注射器中，其中，所述原材料为聚合物溶液或固体聚合物，当所述原材料为固体聚合物时，则将原材料加热至熔融状态后从注射器的喷头中喷出；当所述原材料为聚合物液体时，则将原材料直接从注射器的喷头喷出；

2)将接收平台接正电极，并将注射器的喷头接地，使注射器的喷头与接收平台之间形成高压电场，再控制原材料从注射器喷头喷出的流量，原材料从注射器喷头喷出后在所述高压电场的作用下形成泰勒锥，并使所述泰勒锥分成若干条射流；

3)步骤2)形成的若干射流沉积在接收平台上，形成若干条纳米纤维，二维移动平台根据待制备微纳米纤维结构可控的薄膜支架横截面的形状带动接收平台在xy平面内运动，直至制备出待制备微纳米纤维结构可控的薄膜支架的上一层为止；

4)z轴电机带动注射器的喷头向上移动预设距离，所述预设距离为上一层待制备微纳米纤维结构可控的薄膜支架的厚度，然后重复步骤3)，完成待制备微纳米纤维结构可控的薄膜支架下一层的制备；

5)重复步骤4)，直至得到待制备微纳米纤维结构可控的薄膜支架为止；

步骤1)中当所述原材料为聚合物溶液材料时，所述原材料为以聚乳酸为溶质、二甲基酰胺及二氯甲烷为溶剂的溶液、以PEO及蚕丝为溶质、蚕丝溶液为溶剂的溶液、以聚己内酯为溶质、氯仿及甲醇为溶剂的溶液、以胶原蛋白为溶质、六氟异丙醇为溶剂的溶液、以明胶为溶质、水为溶剂的溶液、或者以聚乳酸-羟基乙酸共聚物为溶质、六氟异丙醇为溶剂的溶液；

步骤1)中当所述原材料为固体聚合物时，原材料为聚己内酯，聚乳酸或聚乳酸-羟基乙酸共聚物；

将原材料从注射器喷头喷出的流量控制到20-2000μL/h，注射器喷头的内径为0.1-1mm；

步骤3)中二维移动平台根据待制备微纳米纤维结构可控的薄膜支架横截面的形状带动接收平台在xy平面内以速度为200-1000mm/s运动。

2.根据权利要求1所述的微纳米纤维结构可控的薄膜支架的分层制备方法，其特征在于，注射器的喷头到接收平台之间的距离为10-180mm。

3.根据权利要求1所述的微纳米纤维结构可控的薄膜支架的分层制备方法，其特征在于，步骤2)中正电极的电压为5-30kV。

4.根据权利要求1所述的微纳米纤维结构可控的薄膜支架的分层制备方法，其特征在于，步骤4)中z轴电机带动注射器向上以速度为10-100mm/s移动预设距离。

5.根据权利要求1所述的微纳米纤维结构可控的薄膜支架的分层制备方法，其特征在于，所述待制备微纳米纤维结构可控的薄膜支架的厚度为50-500μm。