CN105121716A - 浸没旋转喷射纺丝装置(irjs)及其用途 - Google Patents

Abstract

示例性实施方式提供了用于制造具有微米、亚微米或纳米尺度的三维聚合物纤维的系统、装置和方法，以及使用该聚合物纤维的方法。

Description

浸没旋转喷射纺丝装置(IRJS)及其用途

相关申请

本申请涉及2013年2月13日提交的美国临时申请号61/764349和2013年6月21日提交的美国临时申请号61/837779，其各自的全部内容通过引用在此并入。

政府支持

本发明全部或部分由国家科学基金会授予的DMR-0213805号拨款支持。美国政府对本发明享有一定权利。

背景技术

电纺丝是制造聚合物纤维的常用的常规方法。电纺丝使用高压在针尖处的聚合物溶液液滴与收集装置之间产生电场。电源的一个电极置于溶液中，而另一个电极则连接到收集装置。这向聚合物溶液液滴施加静电力。电场随电压上升而增强，因而增大作用于针尖处聚合物溶液悬垂液滴上的力的大小。增加的静电力作用于与液滴表面张力相反的方向，导致液滴伸长，形成称为泰勒锥的锥形。当静电力克服液滴表面张力时，聚合物溶液的带电连续喷射流从该锥射出。聚合物溶液喷射流向着收集装置加速，混乱地抖动和弯曲(whippingandbendingwildly)。随着溶液离开针并向着收集装置移动，喷射流随溶剂蒸发而快速变薄和干燥。在接地的收集装置的表面上沉积了随机取向的固体聚合物纤维的无纺垫。Zufan(2005)FinalRETReport；Xie，J.W.等(2008)MacromolecularRapidCommunications29(22):1775-1792；Reneker，D.H.等，(2007)AdvancesinAppliedMechanics41:43-195；Dzenis，Y.(2004)Science304(5679):1917-1919；Rutledge，G.C.和Yu，J.H.(2007)“Electrospinning”InEncyclopediaofPolymerScienceandTechnology，JohnWiley&Sons:NewJersey；Krogman，K.C.等(2009)NatureMaterials8(6):512-518；Pham，Q.P.等(2006)TissueEngineering12(5):1197-1211；Boland，E.D.等(2001)JournalofMacromolecularScience-PureandAppliedChemistry38(12):1231-1243；Teo，W.E.和Ramakrishna，S.(2006)Nanotechnology17(14):R89-R106；Li，D.；Xia，Y.N.(2004)AdvancedMaterials16(14):1151-1170；Greiner，A.和Wendorff，J.H.(2007)AngewandteChemie-InternationalEdition46(30):5670-5703。

存在多项与电纺丝有关的缺陷，例如，低生产速率、需要高压电场、要求精确的溶液电导率和需要用于产生对齐(aligned)的纤维结构的额外装置。Lia和Xia(2004)AdvancedMaterials16:1151-1170；Weitz等(2008)NanoLetters8:1187–1191；Arumuganathar，S.和Jayasinghe，S.N.(2008)Biomacromolecules9(3):759-766。

克服与电纺丝有关的缺陷的装置及方法已经在例如美国专利公布号US2012/0135448和PCT公布号WO2012/068402中记载。这些装置被称为旋转喷射纺丝装置(RJS)，并允许容易地制造微米、亚微米和纳米尺度的聚合物纤维。RJS装置允许基本上通过将聚合物溶液经储室孔口喷射到空气中来形成聚合物纤维。随着材料溶液中的溶剂快速蒸发，空气阻力将喷射流延展并伸长为纤维。不管怎样，在缓慢蒸发溶剂例如水性溶剂的情况下和在储室以低旋转速度旋转的情况下，材料喷射流所经受的空气阻力可能不足以在它们到达收集装置前蒸发一定的溶剂。另外，单独的空气阻力不足以在聚合物需要接触交联(on-contactcrosslinking)、沉淀和/或空气中伸长与接触交联或沉淀的组合的情况下制备聚合物纤维。因此，使用水溶性聚合物和/或例如需要接触交联和/或沉淀的聚合物溶液制造聚合物纤维来形成物理和化学稳定的聚合物纤维仍然是具有挑战性的。

因此，本领域需要用于制造聚合物纤维例如纳米纤维的改进系统、装置和方法。

发明概述

本发明提供用于制造具有微米、亚微米或纳米尺度的三维聚合物纤维的系统、装置和方法，以及所产生的聚合物纤维和使用该聚合物纤维的方法。

根据一个示例性实施方式，提供用于形成一种或多种微米、亚微米或纳米尺度聚合物纤维的装置。装置包括容纳聚合物溶液的储室。储室包括具有一个或多个用于从储室喷射聚合物溶液以形成纤维的孔口的表面。装置还包括配置为赋予储室旋转运动以使得旋转运动导致聚合物溶液从储室经一个或多个孔口喷射的运动发生器。装置还包括容纳液体并被配置和安置为接收从储室喷射的聚合物液体的收集装置。储室和收集装置被安置以使得储室的一个或多个孔口浸没在收集装置中的液体中。聚合物溶液喷射到收集装置中的液体中导致一种或多种微米、亚微米或纳米尺度聚合物纤维的形成。

根据另一个示例性实施方式，提供用于形成一种或多种微米、亚微米或纳米尺度聚合物纤维的装置。装置包括用于容纳聚合物及包括具有一个或多个用于喷射聚合物以形成纤维的孔口的外表面的储室。装置可进一步包括可与储室偶联的第一运动发生器，第一运动发生器被配置为赋予储室旋转运动以导致聚合物经一个或多个孔口喷射。装置可进一步包括容纳液体的收集装置(收集装置被配置和安置为接收从储室喷射的聚合物)，可与收集装置偶联的第二运动发生器(第二运动发生器被配置为赋予收集装置中的液体旋转运动以产生包括气隙的液体涡旋)，其中储室和收集装置被安置以使得储室的一个或多个孔口定位在收集装置中液体涡旋的气隙中；和其中聚合物喷射到气隙中和接着到收集装置中的液体涡旋的液体中导致一种或多种微米、亚微米或纳米尺度聚合物纤维的形成。

气隙可位于收集装置中的液体涡旋的中心。

第一和第二运动发生器可赋予相同或相反旋转方向的旋转运动。

在一个实施方式中，储室的一个或多个孔口不与收集装置中的液体接触。

在一个实施方式中，气隙沿着液体涡旋的中心轴形成并紧靠液体涡旋中液体的顶表面，和其中储室的一个或多个孔口被安置在收集装置中液体的顶表面的最高水平之下。

在一个实施方式中，第一运动发生器是发动机。

在一个实施方式中，第二运动发生器是搅拌棒。

在一个实施方式中，搅拌棒具有约2英寸到约4英寸的长度。

在一个实施方式中，收集装置中液体的旋转运动为约200到约1500rpm。

在一个实施方式中，收集装置中液体的体积为约2升。

在一个实施方式中，第二运动发生器是排水系统，其通过经排水系统排出液体来赋予液体旋转运动。

一个或多个孔口可以以约0.01cm到约8.0cm的距离与液体涡旋中的液体水平隔开。在一个实施方式中，一个或多个孔口可以以约3.0cm到约6.0cm的距离与液体涡旋中的液体水平隔开。

在一个实施方式中，聚合物喷射到气隙中和接着到液体涡旋的液体中导致一种或多种微米、亚微米或纳米尺度聚合物纤维的沉淀。在另一个实施方式中，聚合物喷射到气隙中和接着到液体涡旋的液体中导致一种或多种微米、亚微米或纳米尺度聚合物纤维的交联。

在一个实施方式中，液体包含一种或多种细胞，和其中聚合物到喷射气隙中和接着到液体涡旋的液体中导致形成具有陷在其中的一种或多种细胞的一种或多种微米、亚微米或纳米尺度聚合物纤维。

在一个实施方式中，示例性纤维形成装置进一步包括第一控制机构，其被配置为控制由第一运动发生器赋予的旋转运动的速度，和第二控制机构，其被配置为控制由第二运动发生器赋予的旋转运动的速度。在一个实施方式中，第一运动发生器还被配置为赋予储室线性振荡运动。

收集装置中的液体可以以约200rpm或以上，例如约200rpm到约1500rpm旋转。

根据另一个示例性实施方式，提供使用示例性纤维形成装置制造一种或多种微米、亚微米或纳米尺度聚合物纤维的方法。该方法可包括提供所述装置，使用运动发生器来将储室围绕旋转轴旋转以导致聚合物溶液以一个或多个喷射流喷射，和在容纳在收集装置中的液体中收集聚合物的一个或多个喷射流以导致一种或多种微米、亚微米或纳米尺度聚合纤维的形成。

根据另一个示例性实施方式，提供用于制造一种或多种微米、亚微米或纳米尺度聚合物纤维的方法。该方法包括提供溶液中的聚合物，将溶液中的聚合物围绕旋转轴旋转以导致聚合物溶液以一个或多个喷射流喷射，和在液体中收集聚合物的一个或多个喷射流以导致一种或多种微米、亚微米或纳米尺度聚合物纤维的形成。

本发明还提供用于制造一种或多种微米、亚微米或纳米尺度聚合物纤维的方法。该方法包括提供溶液中的聚合物，将溶液中的聚合物围绕旋转轴旋转以导致聚合物溶液以一个或多个喷射流喷射，在用于收集聚合物的一个或多个喷射流的收集装置中产生液体涡旋，液体涡旋包括中心气隙，和在收集装置中收集聚合物的一个或多个喷射流，其中一个或多个喷射流被喷射最初经过液体涡旋的气隙和接着经过收集装置的液体涡旋中的液体，其中聚合物喷射到气隙中和接着到收集装置中的液体中导致一种或多种微米、亚微米或纳米尺度聚合物纤维的形成。

在另一方面，本发明提供用于制造一种或多种微米、亚微米或纳米尺度聚合物纤维的方法。该方法包括提供本发明的装置，使用第一运动发生器来将储室围绕旋转轴旋转以导致聚合物以一个或多个喷射流喷射，使用第二运动发生器来旋转收集装置中的液体以产生液体涡旋，和在液体涡旋的气隙中并接着在收集装置的液体涡旋的液体中收集聚合物的一个或多个喷射流以导致一种或多种微米、亚微米或纳米尺度聚合纤维的形成。

示例性实施方式中的储室的旋转速度的范围可以从约1,000rpm到约400,000rpm，例如，约1,000、3,000、5,000、10,000、50,000、55,000、60,000、65,000、70,000、75,000、80,000、85,000、90,000、95,000、100,000、105,000、110,000、115,000、120,000、125,000、130,000、135,000、140,000、145,000、150,000rpm、约200,000rpm、250,000rpm、300,000rpm、350,000rpm或约400,000rpm。上文记载的范围与值的中间范围和中间值也设想是本发明的部分。

一些示例性实施方式中可以使用的示例性孔口长度范围在约0.001m和约0.1m之间，例如，约0.0015、0.002、0.0025、0.003、0.0035、0.004、0.0045、0.005、0.0055、0.006、0.0065、0.007、0.0075、0.008、0.0085、0.009、0.0095、0.01、0.015、0.02、0.025、0.03、0.035、0.04、0.045、0.05、0.055、0.06、0.065、0.07、0.075、0.08、0.085、0.09、0.095或约0.1m。上文记载的范围与值的中间范围和中间值也设想是本发明的部分。

一些示例性实施方式中可以使用的示例性孔口直径范围在约0.05μm和约1000μm之间，例如，约0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.1、0.15、0.2、0.225、0.25、0.275、0.3、0.325、0.35、0.375、0.4、0.425、0.45、0.475、0.5、0.525、0.55、0.575、0.6、0.625、0.65、0.675、0.7、0.725、0.75、0.075、0.8、0.825、0.85、0.825、0.9、0.925、0.95、0.975、1.0、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9、9.5、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、150、200、250、300、350、400、450、500、550、600、650、700、750、800、850、900、950或约1000μm。上文记载的范围与值的中间范围和中间值也设想是本发明的部分。

储室可进一步包括在储室的一个或多个孔口的第一孔口上提供的第一喷嘴。在一个实施方式中，第一喷嘴具有与第一孔口的截面构型不同的截面构型。在一个实施方式中，第一喷嘴增加所形成的纤维的表面积。在另一个实施方式中，第一喷嘴卷积所形成的纤维的表面形貌。在一个实施方式中，第一喷嘴在所形成的纤维的表面上产生一个或多个结构特征。在一个实施方式中，结构特征的大小范围从约1纳米到约500纳米，例如，约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、90、100、125、150、175、200、250、300、350、400、450或500纳米。

在一个实施方式中，所形成的微米、亚微米或纳米尺度聚合物纤维例如使用扫描电子显微镜成像。

在示例性装置及方法中使用的适合的聚合物包括水溶性聚合物(即，在缓慢蒸发的溶剂例如水性溶剂中溶解的聚合物)，需要接触交联的聚合物(例如，藻酸盐)，和/或不能容易地以足够高的浓度溶解而提供用于随机缠绕和溶剂蒸发的足够粘性以形成聚合物纤维的聚合物(例如，脱氧核糖核酸、聚氨酯-聚脲共聚物和聚丙烯腈)，和/或需要沉淀的聚合物(例如，脱氧核糖核酸)，和/或以低浓度(例如，低于2％)溶于水的聚合物，和/或同时需要空气中延伸和沉淀的聚合物(例如，聚酰胺，例如，液晶聚合物，例如，聚对苯二甲酰对苯二胺和聚(对亚苯基苯并双噁唑))。

适合的聚合物可以是生物相容的或非生物相容的，合成的或天然的，例如生物生成的聚合物，例如，蛋白质、多糖、脂质、核酸或其组合。

需要接触交联的示例性聚合物包括，例如，藻酸盐、明胶、胶原蛋白、脱乙酰壳多糖、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、淀粉和聚环氧乙烷、其共聚物和衍生物。

需要沉淀的示例性聚合物包括，例如，脱氧核糖核酸、核糖核酸。

需要空气中延伸和沉淀的示例性聚合物包括，例如，聚酰胺，例如，液晶聚合物，例如聚对苯二甲酰对苯二胺，例如，1,4-亚苯基-二胺(对苯二胺)和对苯二甲酰氯，和聚(对亚苯基苯并双噁唑)。

在本文中提供的装置及方法中使用的适合的聚合物不包括那些可溶于高度挥发性溶剂(即，具有低沸点和高蒸汽压的液体)的聚合物，高度挥发性溶剂例如氯仿，约90、95或约100％的乙醇，DMF(例如，约60、65、70、75、80、85、90、95或100％DMF)、丙酮、二氯甲烷和乙醚。

在一个实施方式中，用于本发明的装置及方法的聚合物可以是两种或更多种聚合物和/或两种或更多种共聚物的混合物。在一个实施方式中，用于本发明的装置及方法的聚合物可以是一种或多种聚合物和或多种共聚物的混合物。在另一个实施方式中，用于本发明的装置及方法的聚合物可以是一种或多种合成聚合物和一种或多种天然存在的聚合物的混合物。

在一个实施方式中，聚合物作为聚合物溶液，即溶解在适当的溶液中的聚合物进料到储室中。在这个实施方式中，方法可进一步包括在将聚合物进料到储室中之前将聚合物溶解在溶剂中。

或者，聚合物可以作为聚合物熔融物进料到储室中，且因而在一个实施方式中，储室被加热到适合于熔化聚合物的温度，例如，加热到约100℃-300℃、100℃-200℃、约150-300℃、约150-250℃、或约150-200℃、200℃-250℃、225℃-275℃、220℃-250℃，或约100、105、110、115、120、125、130、135、140、145、150、155、160、165、170、175、180、185、190、195、200、205、210、215、220、225、230、235、240、245、250、255、260、265、270、275、280、285、290、295或约300℃的温度。上文记载的温度范围的中间范围和中间温度也是本发明的部分。在这类实施方式中，储室可进一步包括加热元件。

在本发明的一个实施方式中，形成多种微米、亚微米或纳米尺度聚合物纤维。该多种微米、亚微米或纳米尺度聚合物纤维可以具有相同直径或不同直径。

在一个实施方式中，本发明的方法导致制造具有约15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200、210、220、230、240、250、260、270、280、290、300、310、320、33、340、350、360、370、380、390、400、410、420、430、440、450、460、470、480、490、500、510、520、530、540、550、560、570、580、590、600、610、620、630、640、650、660、670、680、690、700、710、720、730、740、750、760、770、780、790、800、810、820、830、840、850、860、870、880、890、900、910、920、930、940、950、960、970、980、990、1000纳米、10、20、30、40或约50微米的直径的微米、亚微米或纳米尺度聚合物纤维。

在一个实施方式中，本发明的方法导致制造多种对齐的(例如，单轴对齐的)微米、亚微米或纳米尺度聚合物纤维。

在本发明的其他实施方式中，多种微米、亚微米或纳米尺度聚合物纤维与另外的试剂接触，例如，多种活细胞，例如，肌肉细胞、神经元细胞、内皮细胞和上皮细胞；生物活性剂，例如，亲脂性肽、脂质、核苷酸；荧光粉子、金属、陶瓷、纳米颗粒和药学活性剂。

在本发明的某些实施方式中，与活细胞接触的聚合物纤维在适合的培养基中培养一段时间直至例如产生活组织。

在再其他的实施方式中，聚合物在制造方法过程中与活细胞接触使得产生细胞群居(populated)于其中的纤维或(部分或完全)被细胞包围的纤维。聚合物还可以在制造过程中与另外的试剂接触，例如蛋白质、核苷酸、脂质、药物、药学活性剂、杀生物剂和抗微生物剂，以使得产生包含这些试剂的功能性微米、亚微米或纳米尺度聚合物纤维。例如，可以通过在包含维持细胞存活力的浓度的氯化钙且足以交联藻酸盐聚合物的细胞培养基溶液中提供活细胞来制造包含活细胞的藻酸盐纤维。

在其他方面，本发明提供使用本发明的方法及装置产生的聚合物纤维，以及包括本发明的聚合物纤维的组织、膜、滤器、生物保护织物、生物传感器装置、食品和药物递送装置。

在另一方面，本发明提供用于识别调节组织功能的化合物的方法。该方法包括，提供根据本发明的方法产生的组织；将组织与测试化合物接触；和在存在与不存在测试化合物的情况下测定测试化合物对组织功能的影响，其中与在不存在测试化合物的情况下的组织功能相比较，在测试化合物存在的情况下的组织功能的调节指示测试化合物调节组织功能，由此识别调节组织功能的化合物。

在又一个方面，本发明提供用于识别可用于治疗或预防组织疾病的化合物的方法。该方法包括，提供根据本发明的方法产生的组织；将组织与测试化合物接触；和在存在与不存在测试化合物的情况下测定测试化合物对组织功能的影响，其中与在不存在测试化合物的情况下的组织功能相比较，在所述测试化合物存在的情况下组织功能的调节指示测试化合物调节组织功能，由此识别可用于治疗或预防组织疾病的化合物。

组织功能可以是任何适合的与特定组织类型相关的生理学活性，例如，生物力学活性，例如，收缩性、细胞应激、细胞胀胀和刚性，或电生理学活性。

在一个实施方式中，方法包括向组织施加刺激。

在一个实施方式中，多种活组织同时与测试化合物接触。

在一个方面，本发明提供用于制造一种或多种微米、亚微米或纳米尺度的聚对苯二甲酰对苯二胺纤维的方法。该方法包括提供聚对苯二甲酰对苯二胺溶液；将聚对苯二甲酰对苯二胺溶液围绕旋转轴旋转以导致聚对苯二甲酰对苯二胺溶液以一个或多个喷射流喷射；和在水中收集聚对苯二甲酰对苯二胺的一个或多个喷射流以导致一种或多种微米、亚微米或纳米尺度的聚对苯二甲酰对苯二胺纤维的形成。

在另一个方面，本发明提供用于制造一种或多种微米、亚微米或纳米尺度的聚对苯二甲酰对苯二胺纤维的方法。该方法包括提供本发明的装置；使用运动发生器使储室围绕旋转轴旋转以导致聚对苯二甲酰对苯二胺以一个或多个喷射流喷射；和在容纳在收集装置中的液体中收集聚对苯二甲酰对苯二胺的一个或多个喷射流以导致一种或多种微米、亚微米或纳米尺度的聚对苯二甲酰对苯二胺纤维的形成，其中液体是水。

在另一个方面，本发明提供用于制造聚对苯二甲酰对苯二胺纳米纤维的薄片的方法。该方法包括提供聚对苯二甲酰对苯二胺溶液；将聚对苯二甲酰对苯二胺溶液围绕旋转轴旋转以导致聚对苯二甲酰对苯二胺溶液以一个或多个喷射流喷射；和在水中收集聚对苯二甲酰对苯二胺的一个或多个喷射流以导致形成包含聚对苯二甲酰对苯二胺的微米、亚微米或纳米尺度纤维的薄片。

在另一个方面，本发明提供用于制造聚对苯二甲酰对苯二胺纳米纤维的薄片的方法。该方法包括提供本发明的装置；使用运动发生器使储室围绕旋转轴旋转以导致聚对苯二甲酰对苯二胺以一个或多个喷射流喷射；和在容纳在收集装置中的液体中收集聚对苯二甲酰对苯二胺的一个或多个喷射流以导致聚对苯二甲酰对苯二胺纳米纤维的形成，其中液体是水。

在一个方面，本发明提供用于制造一种或多种微米、亚微米或纳米尺度的聚对苯二甲酰对苯二胺纤维的方法。该方法包括提供聚对苯二甲酰对苯二胺溶液；将聚对苯二甲酰对苯二胺溶液围绕旋转轴旋转以导致聚对苯二甲酰对苯二胺溶液以一个或多个喷射流喷射；在用于收集聚对苯二甲酰对苯二胺的一个或多个喷射流的收集装置中产生液体涡旋，液体涡旋包括中心气隙；和在收集装置中收集聚对苯二甲酰对苯二胺的一个或多个喷射流，其中一个或多个喷射流被喷射最初经过液体涡旋的气隙和接着经过收集装置的液体涡旋中的液体；其中聚对苯二甲酰对苯二胺喷射到气隙中和接着到收集装置的液体中导致一种或多种微米、亚微米或纳米尺度的聚对苯二甲酰对苯二胺纤维的形成，其中液体是水。

在另一个方面，本发明提供用于制造一种或多种微米、亚微米或纳米尺度的聚对苯二甲酰对苯二胺纤维的方法。该方法包括提供本发明的装置；使用第一运动发生器使储室围绕旋转轴旋转以导致聚对苯二甲酰对苯二胺以一个或多个喷射流喷射；使用第二运动发生器来旋转收集装置中的液体以产生液体涡旋；和在液体涡旋的气隙中并接着在收集装置的液体涡旋的液体中收集聚对苯二甲酰对苯二胺的一个或多个喷射流以导致一种或多种微米、亚微米或纳米尺度的聚对苯二甲酰对苯二胺纤维的形成，其中液体是水。

在另一个方面，本发明提供用于制造聚对苯二甲酰对苯二胺纳米纤维的薄片的方法。该方法包括提供聚对苯二甲酰对苯二胺溶液；将聚对苯二甲酰对苯二胺溶液围绕旋转轴旋转以导致聚对苯二甲酰对苯二胺溶液以一个或多个喷射流喷射；在用于收集聚对苯二甲酰对苯二胺的一个或多个喷射流的收集装置中产生液体涡旋，液体涡旋包括中心气隙；和在收集装置中收集聚对苯二甲酰对苯二胺的喷射流，其中一个或多个喷射流被喷射最初经过液体涡旋的气隙和接着经过收集装置的液体涡旋中的液体；其中聚对苯二甲酰对苯二胺喷射到气隙中和接着到收集装置的液体中导致形成微米、亚微米或纳米尺度的聚对苯二甲酰对苯二胺纤维的薄片，其中液体是水。

在另一个方面，本发明提供用于制造聚对苯二甲酰对苯二胺纳米纤维的薄片的方法。该方法包括提供本发明的装置；使用第一运动发生器使储室围绕旋转轴旋转以导致聚对苯二甲酰对苯二胺喷射为喷射流；使用第二运动发生器来旋转收集装置中的液体以产生液体涡旋；和在液体涡旋的气隙中并接着在收集装置的液体涡旋的液体中收集聚对苯二甲酰对苯二胺的喷射流以导致一种或多种微米、亚微米或纳米尺度的聚对苯二甲酰对苯二胺纤维的形成，其中液体是水。

在一个方面，本发明提供根据本发明的方法制造的聚对苯二甲酰对苯二胺纳米纤维和薄片。

在一个方面，本发明提供使用本发明的装置制造的聚对苯二甲酰对苯二胺纳米纤维和薄片。

在一个方面，本发明提供包括根据本发明的方法制造的聚对苯二甲酰对苯二胺纳米纤维或聚对苯二甲酰对苯二胺薄片的织物。

在一个实施方式中，聚对苯二甲酰对苯二胺纳米纤维的薄片在个体纤维之间具有约300到约1000nm的间距。

在另一个实施方式中，聚对苯二甲酰对苯二胺纳米纤维的薄片中包括的纳米纤维的平均直径具有约0.5到约5μm的平均直径。

在另一个实施方式中，聚对苯二甲酰对苯二胺纳米纤维的薄片具有约0.1到约100cm的厚度。

在另一个方面，本发明提供个人保护装置(例如，防弹背心和/或防刺背心)，运动服(例如，手套、衬衫)，其使用前述聚对苯二甲酰对苯二胺纳米纤维和薄片制成。

附图简述

通过参考与所附附图相结合的下列描述，示例性实施方式的前述和其他目的、方面、特征和优势将更明显和可以被更好地理解，其中：

图1说明了用于形成微米、亚微米或纳米尺度聚合物纤维的示例性纤维形成装置。

图2是说明用于提供示例性纤维形成装置的示例性方法的流程图。

图3是说明用于使用示例性纤维形成装置的示例性方法的流程图。

图4A-4F说明了使用示例性纤维形成装置及方法制造的各向同性与各向异性的脱氧核糖核酸纤维。5％DNA溶液在30％乙醇溶液中制备，以16000rpm旋转到收集装置内的95％乙醇溶液中。

图5A-5E说明了用于从脱氧核糖核酸(DNA)溶液制造聚合物纤维的示例性方法。溶于7:3的水:乙醇混合物中的5％DNA溶液以16000rpm旋转到收集装置内的95％乙醇溶液中。

图6A与6B是通过示例性设备及方法产生的(a)DNA纳米纤维与(b)藻酸盐纳米纤维在对齐前的宏观图像。

图7A与7B是(a)DNA纳米纤维与(b)藻酸盐纳米纤维的扫描电子显微镜(SEM)图像。

对于图6和7，DNA纳米纤维使用溶解于7:3的水:乙醇混合物中的5％DNA溶液并以16000rpm旋转到收集装置内的95％乙醇溶液中来制造，和藻酸盐纳米纤维使用在水中制备的5％藻酸盐溶液并以80000rpm下旋转到收集装置内的1％CaCl₂溶液中来制备。

图8说明了用于形成微米、亚微米或纳米尺度聚合物纤维的示例性纤维形成装置。

图9描述了在用于形成微米、亚微米或纳米尺度聚合物纤维的图8中所示示例性纤维形成装置的收集装置中包括气隙的液体涡旋的产生。

图10A-10E是通过本发明的示例性装置及方法产生的聚对苯二甲酰对苯二胺纳米纤维的扫描电子显微镜(SEM)图像。

图11A是来自DuPont的聚对苯二甲酰对苯二胺织物和通过本发明的示例性装置及方法产生的聚对苯二甲酰对苯二胺纳米纤维薄片的图像。图11B-11D是来自DuPont的聚对苯二甲酰对苯二胺织物(11B，左，和11C)和通过本发明的示例性装置及方法产生的聚对苯二甲酰对苯二胺纳米纤维薄片(11B，右，和11D)在刺破试验后的图像。图11E与11F是描述了纤维编织的来自DuPont的聚对苯二甲酰对苯二胺织物的图像。

发明详述

虽然此前已经描述了采用旋转运动的用于生产聚合物纤维的装置及方法(参见例如美国专利公开号2012/0135448和PCT公开号WO2012/068402)，但使用水溶性聚合物和/或需要接触交联和/或沉淀的聚合物溶液制造聚合物纤维以形成物理和化学稳定的聚合物纤维仍然是具有挑战性的。

例如，直到本发明，使用在缓慢蒸发的溶剂例如水性溶剂中溶解的聚合物，从需要接触交联的聚合物(例如，藻酸盐)和/或不能容易地以足够高的浓度溶解来提供用于随机缠绕和溶剂蒸发的足够粘性以形成聚合物纤维的聚合物(例如，脱氧核糖核酸、聚氨酯-聚脲共聚物和聚丙烯腈)，和/或需要沉淀的聚合物(例如，脱氧核糖核酸)，和/或以低浓度溶于水以形成聚合物纤维的聚合物，和/或同时需要在空气中延伸和沉淀的聚合物(例如，聚酰胺，例如，液晶聚合物，例如，聚对苯二甲酰对苯二胺和聚(对亚苯基苯并双噁唑))来形成聚合物纤维是挑战性的。

因此，本发明通过提供一般包括经旋转储室的一个或多个孔口将聚合物溶液挤出到液体中以使得在与收集装置中的液体接触时固化并形成聚合物纤维的装置及方法解决了这些问题。在一些实施方式中，储室的孔口可以全部或部分浸没在收集装置中的液体中以将聚合物从储室直接喷射到液体中。在其他实施方式中，储室的孔口被安置在收集装置的孔口上方以使得从孔口挤出的聚合物在接触收集装置中的液体之前先接触空气。

示例性实施方式提供了用于形成微米、亚微米或纳米尺度聚合物纤维而不使用电场例如高压电场来形成聚合物纤维的改进的系统、装置和方法。

示例性实施方式利用赋予聚合物储室离心或旋转运动来将聚合物经储室中的一个或多个孔口喷射。在一些实施方式中，聚合物被直接喷射到容纳在收集装置中的液体中以用于固化和聚合物纤维的形成。在其他实施方式中，聚合物被喷射到通过在收集装置的液体中产生液体涡旋而产生的气隙中。在一些实施方式中，当聚合物与容纳在收集装置中的液体接触时，两种材料之间的相互作用导致聚合物的沉淀和/或交联。示例性实施方式还使得能够调节聚合物纤维的取向、对齐与直径。

术语“纤维”和“聚合物纤维”在本文中可互换地使用，并且两个术语都是指具有微米、亚微米或纳米尺度的纤维。“化学和物理稳定的聚合物纤维”是基本上不表现出强度的损失(通过例如单轴拉伸强度实验测量的)和/或在具有培养基或细胞的培养物中的降解率的损失(通过例如纤维随时间的重量测量的)的迹象的纤维。

示例性装置及方法可用于形成单一的连续聚合物纤维或具有相同或不同直径的多个聚合物纤维，例如，约25纳米到约50微米，约100纳米到约1微米，约500纳米到约100微米，25微米到约100微米，或约5、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200、210、220、230、240、250、260、270、280、290、300、310、320、33、340、350、360、370、380、390、400、410、420、430、440、450、460、470、480、490、500、510、520、530、540、550、560、570、580、590、600、610、620、630、640、650、660、670、680、690、700、710、720、730、740、750、760、770、780、790、800、810、820、830、840、850、860、870、880、890、900、910、920、930、940、950、960、970、980、990、1000纳米、10、20、30、40或约50微米的直径。所述的直径中间的大小与范围也是本发明的部分。

使用本发明的方法及装置形成的聚合物纤维可以是任意长度。在一个实施方式中，聚合物纤维的长度取决于装置在运动中的时间长度和/或进料到系统中的聚合物的量。例如，聚合物纤维可以为约1纳米、约10英尺或约500码。另外，可以使用任意适合的工具将聚合物纤维切割为期望的长度。

在一个实施方式中，本发明的方法及装置每小时产出约0.5、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或约15克的聚合物纤维。

在本发明的一个实施方式中，形成多种微米、亚微米或纳米尺度的聚合物纤维。该多种微米、亚微米或纳米尺度的聚合物纤维可以具有相同直径或不同直径。

在一个实施方式中，本发明的方法导致制造多种对齐的(例如，单轴对齐的)微米、亚微米或纳米尺度聚合物纤维，例如聚合物纤维的薄片。

根据本文所公开的方法生产的纤维可以例如用作细胞外基质使，并且与细胞一起还可用于形成工程化组织。这种组织不仅可用于生产假体装置和再生医药，还可用于研究组织发育生理学和疾病病理学，以及用于药物开发和毒性测试。本发明的聚合物纤维还可与其他物质例如治疗剂结合，以将这种物质递送到聚合物纤维应用或植入的位点。根据本文所公开的方法生产的聚合物纤维还可用于生产食品、线、织物、膜和过滤器。

A.示例性纤维形成装置

示例性实施方式提供了用于通过赋予材料溶液旋转和/或线性运动从材料溶液形成三维微米、亚微米或纳米尺度纤维的系统、装置和方法。在示例性实施方式中，装置基本上没有电场，并且不需要电场来生成聚合物纤维。在一些实施方式中，装置没有针。

示例性纤维形成装置及方法可用于从一系列材料制造纤维。示例性材料包括需要接触交联的聚合物(例如，藻酸盐)和/或来自不能容易地以足够高的浓度溶解来为随机缠绕和溶剂蒸发提供足够粘性以形成聚合物纤维的聚合物(例如，脱氧核糖核酸、聚氨酯-聚脲共聚物和聚丙烯腈)，和/或需要沉淀的聚合物(例如，脱氧核糖核酸)，和/或以低浓度溶于水以形成聚合物纤维的聚合物，和/或同时需要空气中延伸和沉淀的聚合物(例如，聚酰胺，例如，液晶聚合物，例如，聚对苯二甲酰对苯二胺和聚(对亚苯基苯并双噁唑))。

示例性纤维形成装置可以具有许多应用，包括，但不限于，聚合物纤维大规模生产、超对齐(ultra-aligned)支架的生产、用于体外组织工程应用的生物功能性支架、用于体内组织工程应用的生物功能性支架、生物功能性缝合线、超强纤维和织物的生产、生物功能性蛋白质或聚合物纤维、保护性服装或覆盖物等。

在图1所说明的示例性纤维形成装置100中，提供一个或多个储室102以容纳用于形成聚合物纤维的一种或多种材料溶液(例如，溶液中的聚合物)。储室102可包括用于为材料溶液提供到达储室102外部的出口的一个或多个孔口或开口104。纤维形成装置100包括用于收集经储室102的孔口104喷射的纤维的一个或多个收集装置106，例如，烧杯、桶、盘、筒、鼓等。收集装置106可容纳使得聚合物纤维在材料溶液与液体例如水、乙醇(例如，约30、35、40、45、50、55、60、65或约70％乙醇)、DMF(例如，约20、25、30、35、40、45或50％DMF)氯化钙、N-甲基-吡咯烷酮和氯化钙、硫酸等接触时能够沉淀和/或接触交联的液体。

在图1所说明的示例性实施方式中，收集装置106和储室102被配置和安置以使得储室102的孔口104至少部分浸没在收集装置106中的液体中。孔口104可部分或完全浸没在收集装置106中的液体中。在示例性实施方式中，收集装置106被垂直布置在储室102下方。示例性纤维形成装置100的配置在孔口104处产生储室102中的材料溶液与收集装置106中的液体之间的液-液界面。液-液界面在一些实施方式中可以没有环境空气。孔口104处的液-液界面导致材料溶液从孔口104喷射以直接进入容纳在收集装置106中的液体，这导致固化和一种或多种微米、亚微米或纳米尺度聚合物纤维的形成。

虽然图1所说明的示例性收集装置106表示为静止，其他示例性收集装置可以是移动的，例如旋转和/或振荡。在一些示例性实施方式中，收集装置106的线性或旋转速率可以在纤维形成期间保持为基本上恒定，或者可以在纤维形成期间提高或降低。收集装置106的示例性线性速率在一些实施方式中可以是从约5m/s到约40m/s的范围，但不限于该示例性范围。

储室102可以直接或间接与赋予储室102运动的一个或多个运动发生器偶联，例如，旋转发动机等。赋予储室102的运动可以被配置为在中部时间内赋予储室102中的材料溶液充分的剪切力，使得材料溶液从储室102喷射或挤出，由此形成一种或多种微米、亚微米或纳米尺度聚合物纤维。示例性实施方式可以使用不同的运动发生器组合以产生和控制通过储室102的运动形成的纤维的所期望的编织和/或对齐。

在一个实施方式中，可以使用运动发生器以赋予储室102旋转运动，以使得储室102围绕旋转中心轴R旋转。可以根据美国专利公开号US2012/0135448和PCT公开号WO2012/068402中的旋转运动发生器的公开内容来提供示例性旋转运动发生器，其各自全部内容通过引用在此并入。

在另一个实施方式中，可以使用运动发生器以赋予储室102线性运动以使得储室102沿中心轴R来回移动。在另一个实施方式中，运动发生器可以赋予储室102旋转运动和线性运动二者。在其他示例性实施方式中，运动发生器110可以赋予储室102其他类型的运动，例如，不规则运动、复杂运动模式、沿不同轴的线性运动，围绕不同轴的旋转运动，在线性和旋转之间变化的运动等。

可以使用可靠并有效地将发生器产生的运动传递到储室102的一种或多种机械偶联构件，例如杆、活塞等，将储室102与运动发生器偶联。运动发生器可以与供应电力以为发生器提供动力的电源(未示出)偶联，例如，电源干线或一个或多个电池。

在运行中，随着动力发生器以旋转方式移动或以线性方式来回移动储室102，储室102中的材料溶液的惯性对抗运动发生器和储室102的运动。这导致材料溶液相逆于储室102的一个或多个壁拉动和经存在于壁上的一个或多个孔口104喷射或挤出。材料溶液在其经孔口104拉动时形成一个或多个喷射流。喷射流经孔口104离开储室102并进入容纳在收集装置106中的液体中。材料喷射流与液体的相互作用导致微米、亚微米或纳米尺度聚合物纤维的形成和固化。在一些情况下，材料喷射流与液体的相互作用导致聚合物纤维的沉淀和/或接触交联。

在替代性实施方式中，可以加压储室102以从储室经一个或多个孔口104喷射聚合物材料。例如，可以将机械加压器应用于储室的一个或多个表面以减小储室的体积，并由此从储室喷射出材料。在另一个示例性实施方式中，可以将流体压力引入到储室中以加压储室的内部体积，并由此从储室喷射出材料。

在使用运动的示例性实施方式中，储室102的线性或旋转速率可以在纤维形成期间保持为基本上恒定，或者可以在纤维形成期间提高或降低。示例性实施方式中储室102的旋转速度范围可以从约1,000rpm-40,000rpm，例如，约1,000rpm到约40,000rpm，约1,000rpm到约20,000rpm，约3,000rpm-90,000rpm，约3,000rpm-50,000rpm，约3,000rpm-25,000rpm，约5,000rpm-20,000rpm，约5,000rpm到约15,000rpm，约50,000rpm到约100,000rpm，或约50,000rpm到约400,000rpm，例如约1,000、1,500、2,000、2,500、3,000、3,500、4,000、4,500、5,000、5,500、6,000、6,500、7,000、7,500、8,000、8,500、9,000、9,500、10,000、10,500、11,000、11,500、12,000、12,500、13,000、13,500、14,000、14,500、15,000、15,500、16,000、16,500、17,000、17,500、18,000、18,500、19,000、19,500、20,000、20,500、21,000、21,500、22,000、22,500、23,000、23,500、24,000、32,000、50,000、55,000、60,000、65,000、70,000、75,000、80,000、85,000、90,000、95,000、100,000、105,000、110,000、115,000、120,000、125,000、130,000、135,000、140,000、145,000、150,000rpm、约200,000rpm、250,000rpm、300,000rpm、350,000rpm或400,000rpm。上文记载的范围与值的中间范围和中间值也设想是本发明的部分。

在某些实施方式中，约50,000rpm～400,000rpm的旋转速度旨在被包括在本发明的方法中。在一个实施方式中，使用旋转运动的装置可以以大于约50,000rpm，大于约55,000rpm，大于约60,000rpm，大于约65,000rpm，大于约70,000rpm，大于约75,000rpm，大于约80,000rpm，大于约85,000rpm，大于约90,000rpm，大于约95,000rpm，大于约100,000rpm，大于约105,000rpm，大于约110,000rpm，大于约115,000rpm，大于约120,000rpm，大于约125,000rpm，大于约130,000rpm，大于约135,000rpm，大于约140,000rpm，大于约145,000rpm，大于约150,000rpm，大于约160,000rpm，大于约165,000rpm，大于约170,000rpm，大于约175,000rpm，大于约180,000rpm，大于约185,000rpm，大于约190,000rpm，大于约195,000rpm，大于约200,000rpm，大于约250,000rpm，大于约300,000rpm，大于约350,000rpm或大于约400,000rpm的速度旋转。

使用旋转运动的示例性装置可以旋转足够形成期望的聚合物纤维的时间，例如，约1分钟到约100分钟，约1分钟到约60分钟，约10分钟到约60分钟，约30分钟到约60分钟，约1分钟到约30分钟，约20分钟到约50分钟，约5分钟到约20分钟，约5分钟到约30分钟或约15分钟到约30分钟，约5-100分钟，约10-100分钟，约20-100分钟，约30-100分钟，或约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69、70、71、72、73、74、75、76、77、78、79、80、81、82、83、84、85、86、87、88、89、90、91、92、93、94、95、96、97、98、99、100分钟或更多。上文记载的值的中间时间和范围也旨在为本发明的部分。

在使用线性运动的实施方式中，储室102的线性速度范围可以从约0.0001m/s到约4.2m/s，但不限于该示例性范围。比较一些纯粹使用线性运动以形成纤维的示例性装置与一些纯粹使用旋转运动以形成纤维的示例性装置，约10.8m/s的线性速率对应于约8,000rpm的旋转速率，约16.2m/s的线性速率对应于约12,000rpm的旋转速率，和约27.1m/s的线性速率对应于约20,000rpm的旋转速率。

示例性储室102可以具有范围从约一纳升到约1毫升，约一纳升到约5毫升，约1纳升到约100毫升，或约1微升到约100毫升的体积以容纳液体材料。一些示例性体积包括，但不限于，约一纳升到约1毫升，约一纳升到约5毫升，约1纳升到约100毫升，1微升到约100微升，约1毫升到约20毫升，约20毫升到约40毫升，约40毫升到约60毫升，约60毫升到约80毫升，约80毫升到约100毫升，但不限于这些示例性范围。上文记载的体积中间的示例性体积也是本发明的部分。在某些实施方式中，储室体积小于约5，小于约4，小于约3，小于约2，或小于约1毫升。在其他实施方式中，展开的聚合物的物理大小和将形成纤维的聚合物的期望数量决定储室的最小体积。

在一些实施方式中，储室102可包括各自与用于将一种或多种材料溶液和/或一种或多种其他流体(例如，气压)引入到储室102中的一个或多个入口管偶联的一个或多个入口端口。示例性入口管可以与储藏材料溶液的一个或多个储藏装置或与产生材料溶液的一个或多个装置偶联。一种或多种材料溶液可以经入口端口以恒定流速或可变流速进料到储室102中。在示例性实施方式中，可以在注满储室102后和形成纤维前临时或永久关闭入口端口。在另一个示例性实施方式中，可以在纤维形成过程中保持入口端口打开以连续或间歇地填充储室102。在示例性实施方式中，可以预填充储室102，并且填充的储室102可以不包括入口管和可以具有一个或多个临时或永久密封的入口端口。在另一个示例性实施方式中，可以保持入口端口与入口管偶联，并且可以在纤维形成过程中连续地或在一个或多个时期中填充储室102。

示例性孔口104可以具有任意适合的截面几何形状，包括，但不限于，圆形(如图1的示例性实施方式所说明的)、椭圆形、正方形、矩形等。在示例性实施方式中，可以提供与示例性孔口104相关联的一个或多个喷嘴，以提供对经孔口离开储室102的材料溶液的一种或多种特性的控制，包括，但不限于，材料溶液的流速、速度、方向、质量、形状和/或压力。储室102上的孔口104的位置、截面几何形状和排列和/或孔口104上喷嘴的位置、截面几何形状和排列可以基于所得纤维的期望特征和/或基于一个或多个其他因素(包括，但不限于，材料溶液的粘度、纤维形成期间溶剂蒸发的速率等)来配置。

可在一些示例性实施方式中使用的示例性孔口长度范围在约0.001m到约0.1m之间，约0.001m到约0.01m之间，约0.001m到约0.005m之间，约0.002m到约0.005m之间，约0.001m到约0.05m之间，约0.0015m到约0.007m之间，约0.002m到约0.007m之间，约0.0025m到约0.0065m之间，约0.002m到约0.006m之间，例如，约0.0015、0.002、0.0025、0.003、0.0035、0.004、0.0045、0.005、0.0055、0.006、0.0065、0.007、0.0075、0.008、0.0085、0.009、0.0095、0.01、0.015、0.02、0.025、0.03、0.035、0.04、0.045、0.05、0.055、0.06、0.065、0.07、0.075、0.08、0.085、0.09、0.095或0.1m。上文记载的范围与值中间的范围和值也设想是本发明的部分。

可在一些示例性实施方式中使用的示例性孔口直径范围在约0.05μm到约1000μm之间，例如，约0.05到约500之间，约0.05到100之间，约0.1到1000之间，约0.1到500之间，约0.1到100之间，约1到1000之间，约1到500之间，约1到100之间，约10到1000之间，约10到500之间，约10到100之间，约50到1000之间，约50到500之间，约50到100之间，约100到1000之间，约100到500之间，约150到500之间，约200到500之间，约250到500之间，约250到450之间，0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.1、0.15、0.2、0.225、0.25、0.275、0.3、0.325、0.35、0.375、0.4、0.425、0.45、0.475、0.5、0.525、0.55、0.575、0.6、0.625、0.65、0.675、0.7、0.725、0.75、0.075、0.8、0.825、0.85、0.825、0.9、0.925、0.95、0.975、1.0、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9、9.5、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、150、200、250、300、350、400、450、500、550、600、650、700、750、800、850、900、950或1000μm。上文记载的范围与值中间的范围和值也设想是本发明的部分。

储室和收集装置可以由任意材料构成，例如，可以耐受热的材料和/或对化学有机溶剂不敏感的材料。在一个实施方式中，储室和收集装置由玻璃或塑料材料，例如，聚丙烯、聚乙烯或聚四氟乙烯制成。在另一个实施方式中，储室和收集装置由金属，例如，铝、钢、不锈钢、碳化钨、钨合金、钛或镍制成。

任意适合的大小或几何形状的储室或收集器可用于本发明的装置中。例如，储室和/或收集器可以是圆形、矩形或椭圆形。储室和/或收集器可以是圆形、椭圆形、矩形或半心形。收集器还可以以任意活器官的形状塑造，例如心、肾、肝叶、膀胱、子宫、肠、骨骼肌或肺形，或其部分。收集器可以进一步被成形为任意空腔、器官或组织，例如环状肌肉结构，例如括约肌或虹膜，或用于制造人头、躯干、手等的保护性服装。这些形状允许聚合物纤维以活器官的形状沉积以生产工程化组织与器官(在下文中更详细地描述)，或者作为手套、头盔、背心或衬衫。

在一个实施方式中，本发明的装置进一步包括适合于将聚合物连续进料到旋转储室中的组件，例如喷口或注射泵。

储室还可包括用于加热和/或熔化聚合物的加热元件。

在某些实施方式中，收集装置被维持在大致室温下，例如，约20、21、22、23、24、25、26、27、28、29或约30℃，和环境湿度下，例如，约30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69、70、71、72、73、74、75、76、77、78、79、80、81、82、83、84、85、86、87、88、89或约90％湿度。装置可以被维持在任意适合的温度和湿度下以及方法可以形成于任意适合的温度和湿度下。

在本发明的一个实施方式中，装置没有针。

在一个实施方式中，所形成的微米、亚微米或纳米尺度聚合物纤维例如使用扫描电子显微镜成像。

示例性纤维形成装置可以使用一个或多个机构来控制材料喷射流以此经一个或多个孔口离开储室的力和/或速度。在示例性实施方式中，可以增加运动发生器的运动(线性和/或旋转)的速度和/或幅度(例如，运动发生器沿线性轴行进的距离)，以增加储室中材料溶液的压力，其进而增加喷射流离开储室的力和/或速度，反之亦然。在示例性实施方式中，可以在纤维形成过程中将材料溶液经入口端口进料到储室中以增加储室中材料溶液的压力，其进而增加喷射流离开储室的力和/或速度，反之亦然。在示例性实施方式中，可以将材料溶液以较快或较慢的速度经入口端口进料到储室中以分别增加或减少储室中材料溶液的压力。这进而分别提高或降低喷射流离开储室的力和/或速度。

示例性纤维形成装置可以使用储室的可控制线性运动来控制所得纤维的对齐。控制示例性储室的线性运动的一个或多个方面使得能够控制聚合物的每一层到收集装置上的沉积和对齐。示例性装置中可以控制的线性运动的示例性方面包括，但不限于，储室线性运动的速度、材料喷射流离开储室的力和/或速度、储室大小等。

在一些示例性实施方式中，示例性运动发生器振荡储室和/或收集装置的速度影响螺旋纤维的螺距和纤维之间的间隔。增加的储室和/或收集装置垂直速度通常导致增加的螺旋纤维螺距。因此，在示例性实施方式中，通过增加沿垂直方向振荡储室和/或振荡收集装置的线性速度来增加所形成的纤维的螺距，反之亦然。增加的储室和/或收集装置垂直速度通常导致增加的纤维之间的间隔。因此，在示例性实施方式中，通过增加沿垂直方向振荡储室和/或振荡收集装置的线性速度来增加所形成的纤维间隔，反之亦然。

在一些示例性实施方式中，在本发明的示例性装置中收集装置上形成的聚合物纤维构型，例如，垫构型、筛网构型等，可以通过控制储室和/或收集装置的线性运动的方面来控制。在一些示例性实施方式中，在筛网构型的纤维之间形成的孔径，例如较大或较小的孔径，可以通过控制示例性装置中储室和/或收集装置的线性运动的方面来控制。增加的储室和/或收集装置的垂直速度通常导致纤维的较大孔径，反之亦然。因此，在示例性实施方式中，通过增加沿垂直方向振荡储室和/或振荡收集装置的线性速度来增加所形成的聚合物纤维筛网结构的孔径，反之亦然。因此，示例性装置可用于形成具有不同孔隙度的纤维，例如，用于具有不同孔径的过滤器，用于具有期望孔径的可用于选择期望的细胞支架渗透的细胞支架，等。

在示例性实施方式中，随着储室和/或收集装置以线性方式振荡而同时储室旋转，纤维以受控的筛网结构沉积，其中储室和/或收集装置的线性速率决定筛网孔径和聚合物纤维筛网结构的间距。孔径取决于纤维直径以及纤维间距。最大孔径通常是由大的纤维和在一个方向上约45度的间距产生。在这个示例性实施方式中，以一个方向上约45度角离开储室孔口的纤维由于线性运动以在其他方向上的约-45度角沉积。这导致形成以约90度彼此重叠的纤维层。

在图8所说明的另一个示例性纤维形成装置800中，提供一个或多个储室802以容纳用于形成聚合物纤维的一种或多种材料溶液(例如，溶液中的聚合物)。储室802可包括用于为材料溶液提供到达储室802外部的出口的一个或多个孔口或开口804。纤维形成装置800包括用于收集经储室802的孔口804喷射的纤维的一个或多个收集装置806，例如，盘、筒等。收集装置806可容纳使得聚合物纤维能够在材料溶液与液体例如水、乙醇(例如，约30、35、40、45、50、55、60、65或约70％乙醇)、DMF(例如，约20、25、30、35、40、45或约50％DMF)氯化钙、N-甲基-吡咯烷酮和氯化钙、硫酸等接触时沉淀和/或接触交联的液体。

图8所说明的示例性装置包括可(直接或间接)与收集装置偶联的运动发生器808。运动发生器808被配置为赋予收集装置中的液体旋转运动以产生包括气隙810的液体涡旋，其基本上位于收集装置中液体涡旋的中心。储室802和收集装置806被配置和安置以使得储室的一个或多个孔口804不与收集装置806中的液体接触(例如，部分不接触或完全不接触)，而是被配置和安置在收集装置中的液体涡旋的气隙810中。一般来说，气隙810沿着液体涡旋的中心轴形成并紧靠液体涡旋中的液体的顶表面，以使得储室802的一个或多个孔口804位于收集装置806中的液体的顶表面的最高水平之下。在示例性实施方式中，一个或多个孔口804以约0.1-8.0cm之间，约1-8.0cm之间，约1.5-7.5cm之间，约2.0-7.0cm之间，约2.5-6.5cm之间，约2.5-6.0cm之间，约2.5-5.5cm之间，约2.5-5.0cm之间，约3.0-6.0cm之间，约3.0-5.5cm之间，约3.0-5.0cm之间，例如，约0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、3.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4.0、4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9、5.0、5.1、5.2、5.3、5.4、5.5、5.6、5.7、5.8、5.9、6.0、6.1、6.2、6.3、6.4、6.5、6.6、6.7、6.8、6.9、7.0、7.1、7.2、7.3、7.5、7.5、7.6、7.7、7.8、7.9或约8.0cm的距离与液体涡旋水平隔开。上文记载的范围与值中间的范围和值也设想是本发明的部分。聚合物喷射到气隙中延长纤维和使纤维对齐，且接着与收集装置806中液体涡旋的液体接触导致一种或多种微米、亚微米或纳米尺度聚合物纤维的沉淀或交联或形成。在示例性实施方式中，收集装置806被垂直布置在储室802下方。

运动发生器808可以进一步包括一个或多个发动机、一个或多个磁体和用于加热收集装置806中的液体的加热元件。运动发生器808的速度可以是可控的，并可用于产生收集装置中的液体约200-1,500rpm，约250-1,500rpm，约300-1,500rpm，约300-1,250rpm，约200-1,250rpm，约200-500rpm，约250-500rpm，约200-450rpm，约250-450rpm，约900-1,300rpm，约950-1,300rpm，约900-1,200rpm，约950-1,200rpm，约900-1,250rpm，约950-1,250rpm，约1,000-1,200rpm或约200、250、300、350、400、450、500、550、600、650、700、750、800、850、900、950、1,000、1,050、1,100、1,150、1,200、1,250、1,300、1,350、1,400、1,450或约1,500rpm的旋转运动。上文记载的范围与值中间的范围和值也设想是本发明的部分。例如收集装置的大小、液体体积和磁体大小将决定在水平隔开的孔口与液体涡旋之间提供适当距离所必须的运动发生器的速度。

运动发生器808可以包括排水系统，其通过经排水系统排出液体来赋予液体旋转运动。排水系统可以被配置在收集装置806中并可与流体入口和流体出口偶联以控制收集装置中液体的流速。排水系统被配置以使得液体涡旋通过排水系统的排泄产生。排水系统是可控的以控制经排水系统的流速和控制经流体入口与流体出口的流速。

储室802可以被直接或间接与赋予储室802运动的一个或多个运动发生器812(例如，旋转发动机等)偶联。赋予储室802的运动可以被配置为在足够时间内赋予储室802中的材料溶液充分的剪切力，以使得材料溶液从储室802喷射或挤出，由此形成一种或多种微米、亚微米或纳米尺度聚合物纤维。示例性实施方式可以使用不同的运动发生器组合以产生和控制通过储室802的运动形成的纤维所期望的编织和/或对齐。

在一个实施方式中，可以使用运动发生器812以赋予储室802旋转运动，以使得储室802围绕旋转中心轴R旋转。可以根据美国专利公开号US2012/0135448和PCT公开号WO2012/068402中旋转运动发生器的公开内容来提供示例性旋转运动发生器812，其各自全部内容通过引用在此并入。运动发生器808和812可赋予相同或相反旋转方向的旋转运动。

在另一个实施方式中，可以使用运动发生器812赋予储室802线性运动，以使得储室802沿中心轴R来回移动。在另一个实施方式中，运动发生器812可以赋予储室802旋转运动和线性运动。在其他示例性实施方式中，运动发生器812可以赋予储室802其他类型的运动，例如，不规则运动、复杂运动模式、沿不同轴的线性运动、围绕不同轴的旋转运动、在线性和旋转之间变化的运动等。

可以使用可靠并有效地将发生器产生的运动传递到储室802的一种或多种机械偶联构件，例如杆、活塞等，将储室802与运动发生器812偶联。

运动发生器808和/或812可以与供应电力以为发生器提供动力的电源(未示出)偶联，例如，电源干线或一个或多个电池。

在运行中，随着动力发生器812以旋转方式移动或以线性方式来回移动储室802，储室802中的材料溶液的惯性对抗运动发生器812与储室802的运动。这导致材料溶液相逆于储室802的一个或多个壁拉动和经存在于壁上的一个或多个孔口804喷射或挤出。材料溶液在其经孔口804拉动时形成一个或多个喷射流。喷射流经孔口804离开储室802并进入气隙810，其允许离开孔口的聚合物在接触收集装置806中的液体之前的高延展性剪切。随后在气隙810中伸长的材料与液体的相互作用导致微米、亚微米或纳米尺度聚合物纤维的形成和固化。在一些情况下，材料喷射流与液体的相互作用导致聚合物纤维的沉淀和/或接触交联。

在替代性实施方式中，可以加压储室802以从储室经一个或多个孔口804喷射聚合物材料。例如，可以将机械加压器应用于储室的一个或多个表面以减小储室的体积，并由此从储室喷射材料。在另一个示例性实施方式中，可以将流体压力引入到储室中以加压储室的内部体积，并由此从储室喷射材料。

在使用运动的示例性实施方式中，储室802的线性或旋转速率可以在纤维形成期间保持为基本上恒定，或者可以在纤维形成期间提高或降低。示例性实施方式中的储室802的旋转速度范围可以从约1,000rpm-400,000rpm，例如，约1,000rpm到约40,000rpm，约1,000rpm到约20,000rpm，约3,000rpm-85,000rpm，约3,000rpm-50,000rpm，约3,000rpm-25,000rpm，约5,000rpm-20,000rpm，约5,000rpm到约15,000rpm或约50,000rpm到约400,000rpm，例如，约1,000、1,500、2,000、2,500、3,000、3,500、4,000、4,500、5,000、5,500、6,000、6,500、7,000、7,500、8,000、8,500、9,000、9,500、10,000、10,500、11,000、11,500、12,000、12,500、13,000、13,500、14,000、14,500、15,000、15,500、16,000、16,500、17,000、17,500、18,000、18,500、19,000、19,500、20,000、20,500、21,000、21,500、22,000、22,500、23,000、23,500、24,000、32,000、50,000、55,000、60,000、65,000、70,000、75,000、80,000、85,000、90,000、95,000、100,000、105,000、110,000、115,000、120,000、125,000、130,000、135,000、140,000、145,000、150,000rpm、约200,000rpm、250,000rpm、300,000rpm、350,000rpm或400,000rpm。上文记载的范围与值中间的范围和值也设想是本发明的部分。

在某些实施方式中，约50,000rpm-100,000rpm或约50,000rpm-400,000rpm的旋转速度旨在被包括在本发明的方法中。在一个实施方式中，使用旋转运动的装置可以以大于约50,000rpm，大于约55,000rpm，大于约60,000rpm，大于约65,000rpm，大于约70,000rpm，大于约75,000rpm，大于约80,000rpm，大于约85,000rpm，大于约90,000rpm，大于约95,000rpm，大于约100,000rpm，大于约105,000rpm，大于约110,000rpm，大于约115,000rpm，大于约120,000rpm，大于约125,000rpm，大于约130,000rpm，大于约135,000rpm，大于约140,000rpm，大于约145,000rpm，大于约150,000rpm，大于约160,000rpm，大于约165,000rpm，大于约170,000rpm，大于约175,000rpm，大于约180,000rpm，大于约185,000rpm，大于约190,000rpm，大于约195,000rpm，大于约200,000rpm，大于约250,000rpm，大于约300,000rpm，大于约350,000rpm或大于约400,000rpm的速度旋转。

使用旋转运动的示例性装置可以旋转任意期望的时间段，例如足够形成期望长度的聚合物纤维或期望的聚合物纤维集合(例如，具有期望大小和形状的聚合物纤维薄片，并且其通过纤维-纤维相互作用保持在一起)的时间，例如，约1分钟到约100分钟，约1分钟到约60分钟，约10分钟到约60分钟，约30分钟到约60分钟，约1分钟到约30分钟，约20分钟到约50分钟，约5分钟到约20分钟，约5分钟到约30分钟或约15分钟到约30分钟，约5-100分钟，约10-100分钟，约20-100分钟，约30-100分钟或约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69、70、71、72、73、74、75、76、77、78、79、80、81、82、83、84、85、86、87、88、89、90、91、92、93、94、95、96、97、98、99、100分钟或更长。上文记载的值中间的时间和范围也旨在为本发明的部分。

在使用线性运动的实施方式中，储室802的线性速度范围可以从约0.0001m/s到约4.2m/s，但不限于该示例性范围。比较一些纯粹使用线性运动以形成纤维的示例性装置与一些纯粹使用旋转运动以形成纤维的示例性装置，约10.8m/s的线性速率对应于约8,000rpm的旋转速率，约16.2m/s的线性速率对应于约12,000rpm的旋转速率，和约27.1m/s的线性速率对应于约20,000rpm的旋转速率。

示例性储室802可以具有任意适合的体积，例如范围从约一纳升到约1毫升，约一纳升到约5毫升，约1纳升到约100毫升，或约1微升到约100毫升的体积，以容纳液体材料。一些示例性体积包括，但不限于，约一纳升到约1毫升，约一纳升到约5毫升，约1纳升到约100毫升，1微升到约100微升，约1毫升到约20毫升，约20毫升到约40毫升，约40毫升到约60毫升，约60毫升到约80毫升，约80毫升到约100毫升，但不限于这些示例性范围。上文记载的体积中间的示例性体积也是本发明的部分。在某些实施方式中，储室体积小于约5，小于约4，小于约3，小于约2，或小于约1毫升。在其他实施方式中，展开的聚合物的物理大小和将形成纤维的聚合物的期望数量决定储室的最小体积。

在一些实施方式中，储室802可包括各自与用于将一种或多种材料溶液和/或一种或多种其他流体(例如，气压)引入到储室802中的一个或多个入口管偶联的一个或多个入口端口。示例性入口管可以与储藏材料溶液的一个或多个储藏装置或生产材料溶液的一个或多个装置偶联。一种或多种材料溶液可以经入口以恒定流速或可变流速进料到储室802中。在示例性实施方式中，可以在填充储室802后和形成纤维前临时或永久关闭入口端口。在另一个示例性实施方式中，可以在纤维形成过程中保持入口端口打开以连续或间歇地填充储室802。在示例性实施方式中，可以预填充储室802，并且填充的储室802可以不包括入口管和可以具有一个或多个临时或永久密封的入口端口。在另一个示例性实施方式中，可以保持入口端口与入口管偶联，并且可以在纤维形成过程中连续在或在一个或多个时期中填充储室802。

示例性孔口804可以具有任意适合的截面几何形状，包括，但不限于，圆形(如图1和8的示例性实施方式所说明的)、椭圆形、正方形、矩形等。在示例性实施方式中，可以提供与示例性孔口804相关联的一个或多个喷嘴，以提供对经孔口离开储室802的材料溶液的一种或多种特性的控制，包括，但不限于，材料溶液的流速、速度、方向、质量、形状和/或压力。储室802上孔口804的位置、截面几何形状与排列和/或孔口804上喷嘴的位置、截面几何形状与排列可以基于所得纤维的期望特征和/或基于一个或多个其他因素来配置，包括，但不限于，材料溶液的粘度、纤维形成期间的溶剂蒸发速率等。

可在一些示例性实施方式中使用的示例性孔口长度范围在约0.001m至约0.1m之间，约0.001m至约0.01m之间，约0.001m至约0.005m之间，约0.002m至约0.005m之间，约0.001m至约0.05m之间，约0.0015m至约0.007m之间，约0.002m至约0.007m之间，约0.0025m至约0.0065m之间，约0.002m至约0.006m之间，例如，约0.0015、0.002、0.0025、0.003、0.0035、0.004、0.0045、0.005、0.0055、0.006、0.0065、0.007、0.0075、0.008、0.0085、0.009、0.0095、0.01、0.015、0.02、0.025、0.03、0.035、0.04、0.045、0.05、0.055、0.06、0.065、0.07、0.075、0.08、0.085、0.09、0.095或0.1m。上文记载的范围与值中间的范围和值也设想是本发明的部分。

可在一些示例性实施方式中使用的示例性孔口直径范围在约0.05μm到约1000μm之间，例如，约0.05到约500之间，约0.05到100之间，约0.1到1000之间，约0.1到500之间，约0.1到100之间，约1到1000之间，约1到500之间，约1到100之间，约10到1000之间，约10到500之间，约10到100之间，约50到1000之间，约50到500之间，约50到100之间，约100到1000之间，约100到500之间，约150到500之间，约200到500之间，约250到500之间，约250到450之间，0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.1、0.15、0.2、0.225、0.25、0.275、0.3、0.325、0.35、0.375、0.4、0.425、0.45、0.475、0.5、0.525、0.55、0.575、0.6、0.625、0.65、0.675、0.7、0.725、0.75、0.075、0.8、0.825、0.85、0.825、0.9、0.925、0.95、0.975、1.0、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9、9.5、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、150、200、250、300、350、400、450、500、550、600、650、700、750、800、850、900、950或1000μm。上文记载的范围与值中间的范围和值也设想是本发明的部分。

储室和收集装置可以由任意材料构成，例如，可以耐受热的材料和/或对化学有机溶剂不敏感的材料。在一个实施方式中，储室和收集装置由塑料材料(例如，聚丙烯、聚乙烯或聚四氟乙烯)制成。在另一个实施方式中，储室和收集装置由金属(例如，铝、钢、不锈钢、碳化钨、钨合金、钛或镍)制成。在一些实施方式中，收集装置由具有高于200℃的熔融温度的惰性塑料构成。在另一个实施方式中，收集装置由玻璃构成。

任意适合的大小或几何形状的储室或收集器可用于本发明的装置中。例如，储室和/或收集器可以是圆形、矩形或椭圆形。储室和/或收集器可以是圆形、椭圆形、矩形或半心形。收集器还可以以任意活器官的形状成形，例如心、肾、肝叶、膀胱、子宫、肠、骨骼肌或肺形，或其部分，或用于制造人头、躯干、手等的保护性服装。收集器可以进一步被成形为任意空腔、器官或组织，例如环状肌肉结构，例如括约肌或虹膜。这些形状允许聚合纤维以活器官形式沉积以用于产生工程化组织与器官，在下文中更详细地描述。在其他实施方式中，收集装置是鼓状物或筒状物，例如浸没在液体中的旋转鼓或筒状物。

在一个实施方式中，本发明的装置进一步包括适合于将聚合物连续进料到旋转储室中的组件，例如喷口或注射泵。

储室还可包括用于加热和/或熔化聚合物的加热元件。

在某些实施方式中，收集装置被维持在大致室温下，例如，约20、21、22、23、24、25、26、27、28、29或约30℃，和环境湿度下，例如，约30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69、70、71、72、73、74、75、76、77、78、79、80、81、82、83、84、85、86、87、88、89或约90％湿度。装置可以被维持在任意适合的温度和湿度以及方法可以被形成于任意适合的温度和湿度。

收集装置被适合地确定大小并可以包含约100、150、200、250、300、350、400、450、500、600、650、700、740、800、850、900、950、1,000、1,100、1,200、1,300、1,400、1,500、1,600、1,700、1,800、1,900、2,000、2,100、2,200、2,300、2,400、2,500、2,600、2,700、2,800、2,900、2,000、3,000、3,100、3,200、3,300、3,400、3,500、3,600、3,700、3,800、3,900或约4,000ml或更多的液体。上文记载的值中间的值也设想是本发明的部分。

在本发明的一个实施方式中，装置没有针。

在一个实施方式中，所形成的微米、亚微米或纳米尺度聚合物纤维被例如使用扫描电子显微镜成像。

示例性纤维形成装置可以使用一个或多个机构来控制材料喷射流经一个或多个孔口离开储室的力和/或速度。在示例性实施方式中，可以增加运动发生器的运动(线性和/或旋转)的速度和/或大小(例如，运动发生器沿线性轴行进的距离)以增加储室中材料溶液的压力，其进而增加喷射流离开储室的力和/或速度，反之亦然。在示例性实施方式中，可以在纤维形成过程中将材料溶液经入口端口进料到储室中以增加储室中材料溶液的压力，其进而增加喷射流离开储室的力和/或速度，反之亦然。在示例性实施方式中，可以将材料溶液以较快或较慢的速度经入口端口进料到储室中以分别增加或减少储室中材料溶液的压力。这进而分别提高或降低喷射流离开储室的力和/或速度。

示例性纤维形成装置可以使用储室的可控制线性运动来控制所得纤维的对齐。控制示例性储室的线性运动的一个或多个方面使得能够控制聚合物的每一层到收集装置上的沉积与对齐。示例性装置中可以控制的线性运动的示例性方面包括，但不限于，储室线性运动速度、材料喷射流离开储室的力和/或速度、储室大小等。

在一些示例性实施方式中，示例性运动发生器振荡储室和/或收集装置的速度影响螺旋纤维的螺距和纤维之间的间隔。增加的储室和/或收集装置的垂直速度通常导致增加的螺旋纤维螺距。因此，在示例性实施方式中，通过增加沿垂直方向振荡储室和/或振荡收集装置的线性速度来增加所形成的纤维的间距，反之亦然。增加的储室和/或收集装置的垂直速度通常导致增加的纤维之间的间隔。因此，在示例性实施方式中，通过增加沿垂直方向振荡储室和/或振荡收集装置的线性速度来增加所形成的纤维间隔，反之亦然。

在一些示例性实施方式中，在本发明的示例性装置中收集装置上形成的聚合物纤维构型，例如，垫构型、筛网构型等，可以通过控制储室和/或收集装置的线性运动的方面来控制。在一些示例性实施方式中，在筛网构型的纤维之间形成的孔径，例如较大或较小的孔径，可以通过控制示例性装置中储室和/或收集装置的线性运动的方面来控制。增加的储室和/或收集装置的垂直速度通常导致较大的纤维孔径，反之亦然。因此，在示例性实施方式中，通过增加沿垂直方向振荡储室和/或振荡收集装置的线性速度来增加所形成的聚合物纤维筛网结构的孔径，反之亦然。因此，示例性装置可用于形成具有不同孔隙度的纤维，例如，具有不同孔径的过滤器，用于可用于选择期望的细胞支架渗透的具有期望孔径的细胞支架，等。

在示例性实施方式中，随着储室和/或收集装置以线性方式振荡同时储室旋转，纤维以受控的筛网结构沉积，其中储室和/或收集装置的线性速率决定筛网孔径和聚合物纤维筛网结构的间距。孔径取决于纤维直径以及纤维间距。最大孔径通常由大纤维和在一个方向上约45度的间距产生。在这个示例性实施方式中，以在一个方向上约45度角离开储室孔口的纤维由于线性运动以在其他方向上约45度角沉积。这导致形成以约90度彼此重叠的纤维层。

图2是说明用于形成或制造示例性纤维形成装置的示例性方法200的流程图。在步骤202中，提供一个或多个储室以容纳材料溶液。提供一个或多个用于容纳溶液的收集装置以收集聚合物纤维。

在步骤204中，提供一个或多个运动发生器用于移动储室和/或收集装置以形成纤维。在步骤206中，将储室和/或收集装置与运动发生器偶联。在示例性实施方式中，可以将运动发生器直接与储室和/或收集装置偶联。例如，可以将一个或多个发动机提供到储室和/或收集装置上或者与储室和/或收集装置整合。在其他示例性实施方式中，可以使用一个或多个机械构件例如杆将运动发生器直接与储室和/或收集装置偶联。

在步骤208中，提供与储室和/或收集装置整合的或与储室和/或收集装置分离的一个或多个能量源和/或运动发生器控制机构。能量源，例如一个或多个电池，为运动发生器提供电能。运动发生器控制机构，例如，一个或多个信号发生器，控制运动发生器的移动，例如，运动发生器的致动、运动发生器的速度、运动发生器的运动幅度等。运动发生器控制机构可用于预编程运动发生器的运动。运动发生器控制机构可用于针对纤维形成时期启动、停止和改变运动发生器的运动。

图3是说明用于使用示例性纤维形成装置以从材料溶液形成纤维的示例性方法300的流程图。在步骤302中，例如根据图2所说明的方法200，提供示例性纤维形成装置。在步骤304中，将材料溶液例如经储室的一个或多个入口端口引入到储室中。可以一次、两次或更多次地将材料溶液连续或周期性地引入储室中。可以基于纤维形成的要求将引入储室中的材料溶液的体积和流速保持恒定或进行改变。在步骤306中，将液体引入用于接收从储室喷射的材料喷射流的收集装置中。

在步骤308中，使用一种或多种运动发生器将储室和/或收集装置以旋转和/或线性方式移动。在步骤310中，材料溶液经储室中的一个或多个孔口从储室喷射。在步骤312中，在容纳在一个或多个收集装置中的液体中接收喷射的纤维，其导致纤维的形成和固化。在一些实施方式中，从储室经一个或多个储室中的孔口喷射的材料溶液，其最初经由收集装置的液体中的液体涡旋产生的气隙喷射，并随后被在容纳在一个或多个收集装置中的液体中接收，其导致纤维的形成和固化。

在一些实施方式中，可以使用任何适合的技术从收集装置收集纤维。一项收集技术涉及从收集装置中的液体手动地提取纤维。另一项收集技术涉及利用围绕心轴(mandrill)的旋转来卷绕纤维并将它们从液体中移除。又一项收集技术涉及向过滤器上倒出包括纤维的液体，并例如应用真空以例如从纤维(例如，DNA纤维)除去过量的水。在一些实施方式中，例如通过应用单轴拉伸、双轴拉伸和/或剪切，和/或通过将纤维旋绕到心轴上，可以机械地处理收集到的纤维以调整纤维的对齐和实现纤维的期望取向。

B.示例性孔口和喷嘴

在示例性纤维形成装置中，示例性储室包括在纤维形成过程中材料溶液可以从储室经其喷射的一个或多个孔口。装置包括用于在运行过程中喷射聚合物的足够数量的孔口，例如1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15或更多个孔口。可以在储室的任意表面或壁(例如侧壁、顶壁、底壁等)上提供孔口。在其中提供多个孔口的示例性实施方式中，孔口可彼此紧密群集在一起，例如在储室的同一表面上，或可以彼此间隔开，例如，在储室的不同表面上。

孔口可以具有相同直径或不同直径，例如，约0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.35、0.4、0.45、0.5、0.55、0.6、0.65、0.7、0.75、0.8、0.85、0.9、0.95、1.0、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200、210、220、230、240、250、260、270、280、290、300、310、320、330、340、350、360、370、380、390、400、410、420、430、440、450、460、470、480、490、500、510、520、530、540、550、560、570、580、590、600、610、620、630、640、650、660、670、680、690、700、710、720、730、740、750、760、770、780、790、800、810、820、830、840、850、860、870、880、890、900、910、920、930、940、950、960、970、980、990或约1000微米的直径。上文记载的值中间的直径也旨在是本发明的部分。

一个或多个孔口的长度可以相同或不同，例如，约0.0015、0.002、0.0025、0.003、0.0035、0.004、0.0045、0.005、0.0055、0.006、0.0065、0.007、0.0075、0.008、0.0085、0.009、0.0095、0.01、0.015、0.02、0.025、0.03、0.035、0.04、0.045、0.05、0.055、0.06、0.065、0.07、0.075、0.08、0.085、0.09、0.095或0.1m的直径。上文记载的长度中间的长度也设想是本发明的部分。

在示例性纤维形成装置中，可以提供与材料溶液从储室经其喷射的储室的一个或多个孔口相关联的一个或多个喷嘴。示例性的喷嘴可以包括基本上正交于储室侧壁从侧壁突出的体部和暴露于外部环境的在体部末端的孔。储室中提供的聚合物材料可以经喷嘴的体部流出储室并经喷嘴的孔流出喷嘴以形成纤维。

在一些示例性实施方式中，可以与储室分离地制造示例性喷嘴，并且喷嘴可以被贴补(patch)在储室上。在其他示例性实施方式中，可以与储室整体地形成示例性喷嘴。在一些示例性实施方式中，可以使用光刻法和深反应离子蚀刻(DRIE)由硅和铝形成示例性喷嘴。在一些示例性实施方式中，可以使用聚焦离子束(FIB)或电子束光刻技术形成示例性喷嘴。在另一示例性实施方式中，提供在孔口上可替换的示例性喷嘴以使得提供在孔口上的一个喷嘴可以被另一个喷嘴替换。在这些示例性实施方式中，可以利用相同孔口和相同储室来形成具有不同表面形貌的聚合物纤维。

示例性喷嘴可以具有将构型赋予由示例性纤维形成装置形成的聚合物纤维的外表面的截面构型和形状，这增加了聚合物纤维的表面积和聚合物纤维的表面形貌的复杂度。示例性喷嘴卷积聚合物纤维的表面并在表面上形成小的结构，包括，但不限于，凸起、脊、坑、螺旋等。由示例性喷嘴形成的纤维保持由喷嘴赋予的表面形貌和卷积。示例性聚合物纤维的直径范围可以从约1纳米到约100微米，并且示例性结构的大小范围可以从约1纳米到约500纳米。示例性聚合物纤维可以在外表面上具有多个这种结构，包括，但不限于，从一个到数百或数千个。

提供整合在储室上或可从储室上去除的示例性喷嘴以使得喷嘴与单一孔口相关联。在另一示例性实施方式中，提供在孔口上可替换的示例性喷嘴，以使得提供在孔口上的一个喷嘴可以被另一个喷嘴替换。在这些示例性实施方式中，可以利用相同孔口和相同储室以形成具有不同表面形貌的聚合物纤维。

聚合物纤维表面的卷积和表面上的结构赋予纤维独特性质。在示例性实施方式中，使用示例性喷嘴形成的在其表面上具有数百或数千个结构凸起的聚合物纤维具有疏水性能，即聚合物纤维与自然界中的荷叶发挥类似作用以排斥水。在示例性实施方式中，使用示例性喷嘴形成的具有高表面积的聚合物纤维可以用于不同应用，包括，但不限于，光伏电池、受控药物递送等。使用示例性喷嘴形成的具有高表面积的聚合物纤维可以用于增加已经高强度的纤维，例如，聚对苯二甲酰对苯二胺、碳纤维等的拉伸强度。

示例性的星形可以具有任意期望数目的尖端(point)，包括，但不限于，三个到约一百个尖端。在一些实施方式中，示例性星尖端长度(即，从星形喷嘴的中心到星形的尖端的长度)的范围可以从约0.5微米到约1mm(例如，约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、50、100、150、200、250、300、350、400、450、500、600、650、700、750、800、850、900、950或1000微米)。上文记载的长度中间的长度也设想是本发明的部分。

在其他示例性实施方式中，示例性喷嘴的截面形状可以包括不对称特征以促进聚合物纤维随材料溶液离开喷嘴而螺旋化。螺旋化可用于形成复杂的聚合物纤维表面织构。在一些示例性实施方式中，示例性喷嘴的截面形状可以具有比所说明的那些更复杂的特征，包括，但不限于，一个或多个圆形带、一个或多个圆形波浪带、一个或多个椭圆形带、一个或多个椭圆形波浪带、一个或多个矩形带、一个或多个矩形波浪带、一个或多个多边形带、一个或多个多边形波浪带、一个或多个多尖端星形(例如，各自具有从四个到数百个范围的尖端的一个或多个星形)、一个或多个狭缝、一个或多个十字形等。

在一些示例性实施方式中，示例性喷嘴可以具有一个或多个具有相同构型或不同构型的离散的开口。在一些示例性实施方式中，示例性喷嘴的截面形状可以包括不对称特征以促进聚合物纤维随材料溶液离开喷嘴而螺旋化。螺旋化可用于形成复杂的聚合物纤维表面织构。在一些示例性实施方式中，示例性喷嘴的截面形状可以具有比所说明的那些更复杂的特征，包括，但不限于，一个或多个圆形带、一个或多个圆形波浪带、一个或多个椭圆形带、一个或多个椭圆形波浪带、一个或多个矩形带、一个或多个矩形波浪带、一个或多个多边形带、一个或多个多边形波浪带、一个或多个多尖端星形(例如，各自具有从四个到数百个范围的尖端的一个或多个星形)、一个或多个狭缝、一个或多个十字形等。

C.示例性实施方式在配置纤维表面织构和孔隙度中的用途

示例性实施方式可用于产生具有期望的表面织构(例如，粗糙、光滑等)的纤维。示例性实施方式还可用于产生具有期望的孔隙度，即具有期望孔径的纤维和/或多纤维结构(例如，筛网、垫等)。

纤维表面织构和孔隙度随不同因素变化，包括，但不限于，储室的旋转和/或线性速度以及材料溶液的机械特征。

在示例性实施方式中，示例性纤维形成装置配置储室的旋转和/或线性速度以配置纤维的孔隙度。例如，可以增加储室的速度以增加孔隙度，反之亦然。

在示例性实施方式中，示例性纤维形成装置配置储室的旋转和/或线性速度以配置纤维的表面织构。

在示例性实施方式中，可以改变材料溶液中的材料类型以配置纤维的表面织构和孔隙度。

在某些实施方式中，纤维可以在在示例性温度下的环境中形成，包括，但不限于，约20、21、22、23、24、25、26、27、28、29或约30℃。

在示例性实施方式中，可以配置储室的喷嘴以增加材料溶液的喷射流表面积。

在其他示例性实施方式中，可以组合地改变一个或多个上述因素以影响纤维的表面织构和孔隙度。

D.示例性聚合物

在示例性装置及方法中使用的适合的聚合物包括水溶性聚合物(即，在缓慢蒸发的溶剂例如水性溶剂中溶解的聚合物)、需要接触交联的聚合物(例如，藻酸盐)和/或不能容易地以足够高的浓度溶解来为随机缠绕和溶剂蒸发提供足够粘性以形成聚合物纤维的聚合物(例如，脱氧核糖核酸、聚氨酯-聚脲共聚物和聚丙烯腈)、和/或需要沉淀的聚合物(例如，脱氧核糖核酸)和/或以低浓度(例如，低于2％)溶于水的聚合物、和/或同时需要空气中延伸和沉淀的聚合物(例如，聚酰胺，例如，液晶聚合物，例如，聚对苯二甲酰对苯二胺和聚(对亚苯基苯并双噁唑))。

适合的聚合物可以是生物相容的或非生物相容的，合成的或天然的，例如生物生成的聚合物，例如，蛋白质、多糖、脂质、核酸或其组合。

需要接触交联的示例性聚合物包括，例如，藻酸盐、明胶、胶原蛋白、脱乙酰壳多糖、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、淀粉、和聚环氧乙烷、共聚物及其衍生物。

需要沉淀的示例性聚合物包括，例如，脱氧核糖核酸、核糖核酸、聚氨酯-聚脲共聚物和聚丙烯腈。

需要空气中延伸和沉淀的示例性聚合物包括，例如，聚酰胺，例如，液晶聚合物，例如对苯二甲酰对苯二胺，例如，1,4-亚苯基-二胺(对苯二胺)和对苯二甲酰氯，和聚(对亚苯基苯并双噁唑)。在一个实施方式中，聚合物是聚对苯二甲酰对苯二胺。

在本发明的某些实施方式中，方法包括在聚合物纤维的制造工艺过程中将生物活性剂(例如，多肽、蛋白质、核酸分子、核苷酸、脂质、杀生物剂、抗微生物剂或药学活性剂)与聚合物混合。例如，使用本发明的设备及方法制备的聚合物纤维可以与包封的荧光聚苯乙烯珠接触。

在其他实施方式中，在聚合纤维制造工艺过程中多种活细胞与聚合物混合。在这类实施方式中，可以使用生物相容性聚合物(例如，水凝胶)。

足以运行本发明的装置以形成聚合物纤维的速度和时间取决于聚合物的浓度和所形成的聚合物纤维的期望特征。

在一个实施方式中，聚合物不是糖，例如，粗糖，或蔗糖。在另一个实施方式中，聚合物不是绒毛糖(flosssugar)。

在一个实施方式中，用于本发明的方法的聚合物是合成聚合物。

在另一个实施方式中，用于本发明的聚合物纤维的聚合物不是生物相容性的。

在又一个实施方式中，用于本发明的聚合物纤维的聚合物是天然存在的聚合物，例如，生物生成聚合物。这种天然存在的聚合物的非限制性实例包括，但不限于，多肽、蛋白质例如能够原纤维生成的蛋白质、多糖例如藻酸盐、脂质、核酸分子及其组合。

在一个实施方式中，使用单一的聚合物来制造本发明的聚合物纤维。在另一个实施方式中，使用两种、三种、四种、五种或更多种聚合物来制造本发明的聚合物纤维。在一个实施方式中，用于本发明的方法的聚合物可以是两种或更多种聚合物和/或两种或更多种共聚物的混合物。在一个实施方式中，用于本发明的方法的聚合物可以是一种或多种聚合物和或多种共聚物的混合物。在另一个实施方式中，用于本发明的方法的聚合物可以是一种或多种合成聚合物和一种或多种天然存在的聚合物的混合物。

用于本发明的方法的聚合物可以作为聚合物溶液进料到储室中。因此，本发明的方法可进一步包括在将聚合物进料到储室之前将聚合物溶解在溶剂(例如，非挥发性溶剂，例如，水性溶剂，例如水、30％乙醇)中。

在一个实施方式中，由于聚合物是聚对苯二甲酰对苯二胺，且该方法进一步包括在将溶液进料到储室之前，在约51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69、70、71、72、73、74、75、76、77、78、79、80、81、82、83、84、85、86、87、88、89或约90℃的温度下将聚合物在硫酸中溶解到约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或约20％重量/体积的浓度。

或者，聚合物可以作为聚合物熔融物进料到储室中，且因而在一个实施方式中，储室被加热到适合于熔化聚合物的温度，例如，加热到约100℃-300℃、100℃-200℃、约150-300℃、约150-250℃、或约150-200℃、200℃-250℃、225℃-275℃、220℃-250℃，或约100、105、110、115、120、125、130、135、140、145、150、155、160、165、170、175、180、185、190、195、200、205、210、215、220、225、230、235、240、245、250、255、260、265、270、275、280、285、290、295或约300℃的温度。上文记载的温度范围中间的范围和温度也是本发明的部分。在这种实施方式中，储室可进一步包括加热元件。

在一个实施方式中，根据本发明的方法形成的聚合物纤维进一步与试剂接触以在聚合物纤维中产生或增加孔径或每单位表面积的孔隙数。

根据本发明的方法形成的聚合物纤维可以与另外的试剂接触并任选地在适合的培养基，例如组织培养基中培养。聚合物纤维与另外的试剂接触将允许试剂例如(全部或部分)涂布纤维，或者在例如细胞的情况下，允许嵌插在纤维之间。在聚合纤维制造过程中使聚合物与另外的试剂接触还允许试剂被引入到聚合物纤维自身中。

在一个实施方式中，多个聚合物纤维可以与以下多种活细胞接触(例如用多种活细胞接种)：血管平滑肌细胞、肌细胞(例如，心肌细胞)、骨骼肌、肌成纤维细胞，气道平滑肌细胞、成骨细胞、成肌细胞、成神经细胞、成纤维细胞、成神经胶质细胞、生殖细胞、肝细胞、软骨细胞、角质细胞、结缔组织细胞、神经胶质细胞、上皮细胞、内皮细胞、血管内皮细胞、激素分泌细胞、免疫系统的细胞、神经元细胞和分化为收缩细胞的细胞(例如，干细胞例如胚胎干细胞或成体干细胞、祖细胞和卫星细胞)。在一个实施方式中，用多种活细胞处理的聚合物纤维可以在体外在适合的培养基中培养。这种培养的细胞表现出这种细胞在体内的典型特征和功能。多种活细胞可包括一种或多种类型的细胞，例如美国临时申请号61/306,736和2009年10月9日提交的标题为“TissueEngineeredMycocardiumandMethodsofProductionsandUsesThereof”的PCT申请号PCT/US09/060224中所描述的。

细胞可以是正常细胞、异常细胞(例如，从患病组织来源的那些，或者被物理或遗传改变以获得异常或病理表型或功能的那些)、从胚胎干细胞或诱导的多能干细胞来源的正常或患病肌细胞。

本文所使用的术语“祖细胞”是指相对于通过分化可以产生的细胞，具有更加原始的细胞表型的细胞(例如，与完全分化细胞相比，处于发育途径或进程的更早阶段)。通常，祖细胞还具有显著的或者非常高的增殖潜能。取决于发育途径和细胞发育与分化的环境，祖细胞可以产生多种不同分化的细胞类型或者单一分化的细胞类型。

本文所使用的术语“祖细胞”与“干细胞”同义。

本文所使用的术语“干细胞”是指未分化的细胞，其能够增殖并产生多种具有生成可以大量母细胞(其可以进而产生分化的或可分化的子细胞)的能力的祖细胞。子细胞本身可以被诱导以增殖或产生随后分化为一种或多种成熟细胞类型的后代，同时还保留具有亲代发育潜能的一种或多种细胞。术语“干细胞”是指在特定情况下具有分化为更加特化或分化的表型的能力或潜能且保留在某些情况下增殖而基本上不分化的能力的的祖细胞子集。在一个实施方式中，术语干细胞一般是指天然存在的母细胞，其后裔(后代)通过分化(例如通过完全获得个体性状)来特化，通常为不同方向，如在胚胎细胞和组织的进行性多样化中所发生的。细胞分化是通常经过许多次细胞分裂发生的复杂过程。分化的细胞可源自多能细胞，其自身是源自多能细胞，以此类推。虽然这些多能细胞中的每一个都可认为是干细胞，但是每一个可以产生的细胞类型的范围都可以相当大地变化。一些分化的细胞还具有产生具有更大发育潜能的细胞的能力。这种能力可以是天然的或者可以是在使用不同因子处理时人工诱导的。在许多生物学情况中，干细胞也是“多能的”，因为它们可以产生多于一种不同细胞类型的后代，但这不是“干性(stemness)”所要求的。自我更新是干细胞定义的另一典型部分。理论上，自我更新可以通过两种主要机制中的任一种发生。干细胞可以不对称分裂，一个子代保留干细胞状态，而另一个子代表达其他一些不同的特定功能和表型。或者，群体中的一些干细胞可以对称分裂为两个干细胞，因此总的说来在群体中保留一些干细胞，同时群体中的其他细胞只产生分化的后代。形式上，以干细胞开始的细胞可以向着分化的表型行进，但是然后“逆转”和再表达干细胞表型是可能的，通常称为术语“去分化”或“重编程”或“反分化”。

术语“胚胎干细胞”是用来指胚胎囊胚的内细胞团的多能干细胞(参见美国专利号5,843,780、6,200,806，其内容通过引用在此并入)。这类细胞可以类似地从源自体细胞核转移得到的胚囊的内细胞团获得(参见，例如美国专利号5,945,577、5,994,619、6,235,970，其通过引用在此并入)。胚胎干细胞的区别性特征限定胚胎干细胞表型。因此，如果细胞具有一个或多个胚胎干细胞的独特特征以使得该细胞可以区别于其他细胞，那么该细胞具有胚胎干细胞的表型。示例性的区别性胚胎干细胞特征包括，但不限于，基因表达谱、增殖能力、分化能力、核型、对于特定培养条件的反应等。

术语“成体干细胞”或“ASC”是用来指从非胚胎组织，包括胎儿组织、青少年组织和成人组织来源的任何多能干细胞。干细胞已经从多种成人组织中分离，包括血液、骨髓、脑、嗅上皮、皮肤、胰脏、骨骼肌和心肌。这些干细胞各自都可以基于基因表达、因子响应和培养中的形态来表征。示例性成体干细胞包括神经元干细胞、神经嵴干细胞、间充质干细胞、造血干细胞和胰腺干细胞。

在一个实施方式中，适用于要求保护的装置及方法的祖细胞是如在提交于2009年10月9日，标题为“TissueEngineeredMycocardiumandMethodsofProductionsandUsesThereof”的PCT申请号PCT/US09/060224中描述的定向室祖细胞(CVP)，其全文通过引用在此并入。

用于接种的细胞可在体外培养、源自天然来源、遗传工程化或通过任何其他手段产生。可以使用任何天然来源的原核或真核细胞。在其中与多种活细胞接触的聚合物纤维被植入生物体的实施方式可以使用来自受体的细胞、来自同种供体或来自不同物种的供体的细胞、或细菌或微生物细胞。

在本发明的一个实施方式中，多种聚合物纤维与多种肌细胞接触并培养以使得产生活组织。在本发明的另一个实施方式中，多种聚合物纤维与多种肌细胞接触并培养以使得产生活组织，并且该活组织进一步与神经元接触并培养以使得产生具有包埋的神经网络的活组织。

在一个特定实施方式中，活组织是各向异性组织，例如，肌薄膜。

在本发明的其他实施方式中，多种聚合物纤维与生物活性的多肽或蛋白质接触，例如，胶原蛋白、纤维蛋白、弹性蛋白、层粘连蛋白、纤连蛋白、整联蛋白、透明质酸、4-硫酸软骨素、6-硫酸软骨素、硫酸皮肤素、硫酸肝素、肝素、硫酸角质素和蛋白聚糖。在一个实施方式中，多肽或蛋白质是亲脂性的。

在再其他的实施方式中，聚合物纤维与核酸分子和/或核苷酸、或脂质接触。

多种聚合物纤维还可以与药学活性剂接触。适合的药学活性剂包括，例如麻醉药、安眠药、镇静剂和睡眠诱导剂、抗精神病药、抗抑郁药、抗过敏药、抗心绞痛药、抗关节炎药、平喘药、抗糖尿病药、止泻药、抗惊厥药、抗痛风药、抗组胺药、止痒剂、催吐剂、止吐药、解痉药、食欲抑制剂、神经活性物质、神经递质激动剂、拮抗剂、受体阻滞剂和重摄取调节剂、β-肾上腺素能受体阻滞剂、钙通道阻滞剂、双硫仑和双硫仑样药物、肌松药、镇痛药、退热药、兴奋剂、抗胆碱酯酶剂、拟副交感神经药物、激素、抗凝剂、抗血栓药、溶栓剂、免疫球蛋白、免疫抑制剂、激素激动剂/拮抗剂、维生素、抗菌剂、抗肿瘤药、抗酸剂、助消化剂、通便药、泻药、防腐剂、利尿剂、消毒剂、杀真菌剂、杀外寄生虫剂、抗寄生虫药、重金属、重金属拮抗剂、螯合剂、气体和蒸汽、生物碱、盐、离子、内分泌素、洋地黄、强心苷、抗心律失常药、抗高血压药、血管扩张剂、血管收缩剂、抗毒蕈碱、神经节刺激剂、神经节阻断剂、神经肌肉阻滞剂、肾上腺素能神经抑制剂、抗氧化剂、维生素、化妆品、消炎药、伤口护理产品、抗凝血药物、抗肿瘤药物、抗血管生成药物、麻醉药、抗原剂、伤口愈合剂、植物提取物、生长因子、润肤剂、保湿剂、排斥/抗排斥药、杀精剂、调理剂、抗菌剂、抗真菌剂、抗病毒剂、抗生素、杀生物剂、抗生物结垢剂、镇静剂、降胆固醇药、镇咳药、组胺阻断药或单胺氧化酶抑制剂。

其他适合的药学活性剂包括生长因子和细胞因子。可用于本发明的生长因子包括，但不限于，转化生长因子-α(“TGF-α”)、转化生长因子-β(“TGF-β”)、血小板源生长因子包括AA、AB和BB异形体(“PDGF”)、成纤维细胞生长因子(“FGF”)包括FGF酸性异形体1和2、FGF碱性异形体2和FGF4、8、9和10、神经生长因子(“NGF”)包括NGF2.5s、NGF7.0s和βNGF和神经营养因子、脑源性神经营养因子、软骨源因子、骨生长因子(BGF)、碱性成纤维细胞生长因子、胰岛素样生长因子(IGF)、血管内皮生长因子(VEGF)、粒细胞集落刺激因子(G-CSF)、胰岛素样生长因子(IGF)I和II、肝细胞生长因子、胶质神经营养生长因子(GDNF)、干细胞因子(SCF)、角质细胞生长因子(KGF)、转化生长因子(TGF)包括TGFα、β、β1、β2与β3、骨骼生长因子、骨基质源生长因子和骨源生长因子及其混合物。可用于本发明的细胞因子包括，但不限于，心肌营养素、基质细胞源因子、巨噬细胞源趋化因子(MDC)、黑素瘤生长刺激活性(MGSA)、巨噬细胞炎症蛋白1α(MIP-1α)、2、3α、3β、4和5、IL-1、IL-2、IL-3、IL-4、IL-5、IL-6、IL-7、IL-8、IL-9、IL-10、IL-11、IL-12、IL-13、TNF-α和TNF-β。可用于本发明的免疫球蛋白包括，但不限于，IgG、IgA、IgM、IgD、IgE及其混合物。

可用于与本发明的聚合物纤维接触的其他试剂包括，但不限于，生长激素、瘦素、白血病抑制因子(LIF)、肿瘤坏死因子α和β、内皮抑素、血管抑素、凝血酶敏感蛋白、骨形成蛋白-1、骨形态发生蛋白2和7、骨粘连蛋白、生长调节素样肽、骨钙蛋白、干扰素α、干扰素αA、干扰素β、干扰素γ、干扰素1α、氨基酸、肽、多肽和蛋白质，例如，结构蛋白，酶和肽激素。

对于试剂例如核酸，任意核酸均可用于与聚合物纤维接触。实例包括，但不限于脱氧核糖核酸(DNA)、ent-DNA和核糖核酸(RNA)。涉及DNA的实施方式包括，但不限于，cDNA序列、任意来源的天然DNA序列和正义或反义寡核苷酸。例如，DNA可以是裸露的(例如，美国专利号5,580,859；5,910,488)或复合的或包封的(例如，美国专利号5,908,777；5,787,567)。DNA可以在任意种类的载体中存在，例如，在病毒或质粒载体中。在一些实施方式中，所用核酸将起到促进或抑制基因在在聚合纤维之内或之外细胞中的表达。核酸可以是有效增强到细胞中的摄取的任何形式。

用于处理本发明的聚合物纤维的试剂还可以是细胞片段、细胞碎片、细胞器和其他细胞组分、片剂、和病毒以及囊泡、脂质体、胶囊、纳米颗粒和其他用作分子包封的试剂。在一些实施方式中，试剂构成含有在接触后的某个时间释放的试剂的囊泡、脂质体、胶囊或其他包封，例如在植入时或者在稍后的刺激或相互作用时。在一个说明性实施方式中，转染剂例如脂质体含有待并入到位于聚合物纤维中或聚合物纤维上的细胞中的所需核苷酸序列。

磁或电反应性材料是任选的用于接触本发明的聚合物纤维的其他试剂的实例。磁活性材料的实例包括，但不限于，铁磁流体(磁性颗粒的胶体悬浮液)和各种导电聚合物分散体。含有直径约10纳米的颗粒的铁磁流体、聚合物包封的直径约1-2微米的磁性颗粒和玻璃态转变温度低于室温的聚合物是特别有用的。电学活性材料的实例是包括，但不限于，导电聚合物例如聚苯胺和聚吡咯、离子电导聚合物例如磺化聚丙烯酰胺和相关材料的聚合物，及电导体例如炭黑、石墨、碳纳米管、金属颗粒和金属涂覆的塑料或陶瓷材料。

适用于接触本发明的聚合物纤维的杀生物剂包括，但不限于，有机锡化合物、溴化水杨酰苯胺类、硫醇类、季铵化合物、汞化合物及铜和砷的化合物。

包括抗菌剂、抗病毒剂、抗真菌剂和抗寄生虫剂的抗微生物剂也可用于接触本发明的聚合物纤维。

本发明还涉及使用本发明的方法及装置产生的聚合物纤维，以及包括本发明的聚合物纤维的组织、膜、过滤器和药物递送装置，例如使用例如药学活性剂处理的聚合物纤维。

E.使用示例性实施方式形成的聚合物纤维的用途

本发明的聚合物纤维可在广泛应用中使用，包括，但不限于，在催化底物、光子学、过滤、保护性服装、细胞支架、药物递送和伤口愈合中的使用。使用本发明的聚合物纤维制造的结构是组织工程的良好候选者，这是由于它们针对例如透气性、活性物质包封和纤维对齐的高面积-质量比、高孔隙度，以及因为该结构可以容易地缠绕成不同形状。针对使用本发明的聚合物纤维制成的结构的组织工程应用包括，但不限于，整形外科、肌肉、血管和神经假体及再生医学。Madurantakam等，(2009)Nanomedicine4:193-206；Madurantakam，P.A.等，(2009)Biomaterials30(29):5456-5464；Xie等，(2008)MacromolecularRapidCommunications29:1775–1792。

示例性纤维的其他用途包括，但不限于，工程化组织和器官的制造，包括如组织或基质材料的补丁或插栓的结构、假体、和其他植入物、用于例如分形神经和/或血管网络的组织支架、伤口修复或包扎、止血装置、用于组织修复和支承的装置例如缝合线、手术和整形螺杆、以及手术和整形板、用于合成植入物的天然涂层或组分、化妆品植入物及支架、器官或组织的修复或结构支承、物质递送、生物工程平台、测试物质对细胞的影响的平台、细胞培养、催化底物、光子学、过滤、保护性服装、细胞支架、药物递送、伤口愈合、食品、酶固定、生物传感器中的用途、形成膜、形成过滤器、形成纤维、形成网、形成食品、形成药品、形成化妆品、形成体腔内的纤维结构、形成非致命武器、形成包装材料(包装包裹材料，溢出遏制，例如，化学品或油溢出)等以及众多其他用途。

使用示例性纤维形成的垫、筛网和/或织造结构可用于非致命武器，例如，网。

生物生成聚合物纤维性结构可通过示例性纤维形成装置、系统和方法形成，在单个构造中具有不同和分等级的孔隙度。纤维性结构可以，例如，用于在毫米级上促进组织中的营养化和血管化以在微米级上使细胞适应并机械支承细胞，并且促进具有期望化学与机械功能的细胞外基质组分的表达。

通过示例性纤维形成装置、系统和方法形成的具有有限尺度级别的生物生成聚合物组件可作为伤口愈合贴片使用，以通过在伤口上或伤口中提供必要蛋白质来增强愈合过程以显著减少愈合时间。

通过示例性纤维形成装置、系统和方法形成的生物生成聚合物可作为生物功能性织物使用。

本发明的聚合物纤维的益处之一是它们可以用于紧密控制生物/非生物界面。换句话说，本发明的聚合物纤维可用于指导特定细胞和/或组织类型的生长和/或发育。

例如，在一个实施方式中，本发明的聚合物纤维可用于制备膜，其可用作例如任意类型的伤口或损伤的敷料。干细胞、成纤维细胞、上皮细胞和/或内皮细胞可被包括在内以允许组织生长。在某些实施方式中，除提供支承以外，使用聚合物纤维将指导和/或阻碍期望的细胞类型到伤口或损伤区域。例如，使用聚合物纤维来修复心脏可以包括添加将导致细胞分化为例如肌细胞而非例如成纤维细胞和/或促进期望的细胞类型迁移到伤口区域的任何适合的物质。这类方法将确保修复是生物功能性的和/或阻止例如再狭窄。这种聚合物纤维的使用可以与其他治疗、修复和外形修整方法结合。

在另一个实施方式中，聚合物纤维膜可以作为填充材料插入到伤口中以通过提供不是必须由成纤维细胞和其他细胞合成的物质来增强愈合，由此减少愈合时间和降低在伤口位置合成新的组织所需的代谢能量。

聚合物纤维膜的几种用途在手术修复或构建领域是可能的。例如，本发明的膜可用于形成组织，或者由与装置将在其中使用的组织的相同材料制成的整形螺杆、板、缝合线或密封剂。

在其他示例性实施方式中，聚合物纤维膜可用于形成例如套管，其作为动脉瘤的加固物使用或者在吻合术的位置使用。这种套管被放置在期望加固的和缝合的、密封的或者相反连接到导管的区域。聚合物纤维膜还可以作为针对脑脊液渗漏的止血贴和塞使用。又一个用途是作为患有干眼症的患者的泪点(punctumlacryma)的阻塞物。

聚合物纤维膜还可以用于支承或连接经历损伤、手术或退化的组织或结构。例如，这种膜可用于患有产后尿失禁的患者的膀胱颈悬吊手术。直肠支承、阴道支承、疝贴和脱垂子宫的修复是其他说明性用途。该膜可用于修复或增强衰弱或功能障碍的括约肌，例如食管反流情况中的食管括约肌。其他实例包括增强和在移除(例如癌组织移除)后替换声带、会厌和气管中的组织。

本发明的膜的其他用途包括制备针对渗漏的阻塞或增强阻塞，例如在肺体积减小(部分移除)后封闭肺中的开口。

本发明的聚合物纤维的另一个示例性用途是作为用于防止手术后诱发的粘附的屏障。

本发明的聚合物纤维的又一个示例性用途是作为用于神经生长的模板。

在本发明的另一个实施方式中，聚合物纤维可用于制备过滤器。这种过滤器可用于过滤污染物、生物试剂和有害但非常小的颗粒例如纳米颗粒。例如，本发明的聚合物纤维过滤器可用于纯化液体，例如水(例如饮用水)、油(例如当在汽车滤油器中使用时)。在另一个实施方式中，当在例如面罩中使用时，聚合物纤维过滤器可用于纯化气体，以滤除病毒、细菌和有害纳米颗粒。

本发明的聚合物纤维还可引入到生物传感器装置中，例如，通过使待检测和利用的生物分子之间能够发生高度特异性相互作用来使用生物元件(例如，酶、抗体、全细胞等)以监测不同化学物质在基质上的存在的装置，例如，作为生物识别表面。这种生物传感器可在各种不同应用中使用，例如，水、空气和土壤中污染物的监测和医学重要的分子例如激素、糖和肽在体液中的检测，并且可用于病原体检测。

还在本发明的其它实施方式中，聚合物纤维可用于制备织物。在一个实施方式中，织物是生物保护性织物，例如，提供针对有毒试剂例如生物和化学毒素的保护的织物。例如，聚合物纤维可包括，例如，可以杀死大部分细菌的双氯苯双胍己烷，或者可以降解有机磷酸酯类(作为许多农药、杀虫剂和神经毒气的基础的化学物质)的肟。

在另一个实施方式中，聚合物纤维可用于制造织物以制备个人保护装置和服装，例如，聚对苯二甲酰对苯二胺头盔、手套和背心。这种织物可作为用于例如军事服务人员、警察部门人员等的服装。

在另一个实施方式中，包含聚对苯二甲酰对苯二胺的聚合物纤维可用于制造织物以制备运动装，例如耐磨运动装。例如，织物可用于制造攀岩或举重运动员使用的手套。这种手套可以防止运动员的手免受擦伤和/或进一步的损伤。

还在其它的实施方式中，包含聚对苯二甲酰对苯二胺的聚合物纤维可作为伤口覆盖物使用以防止进一步的损伤。

在另一个实施方式中，包含聚对苯二甲酰对苯二胺或与聚对苯二甲酰对苯二胺类似的聚合物的织物可用于制造更耐用的产品。例如，聚合物纤维可在轮胎、鞋、包或服装中使用。

在一个实施方式中，聚合物纤维薄片(例如，聚对苯二甲酰对苯二胺纳米纤维薄片)使用本发明的方法及装置形成。这类使用本发明的装置及方法制备的薄片不要求制备纱线或编织纱线来制造包括聚合物纤维的织物。这种薄片具有与此前描述的织物相同的示例性用途。

在一个实施方式中，使用本发明的装置及方法制造聚对苯二甲酰对苯二胺纳米纤维和聚对苯二甲酰对苯二胺纳米纤维薄片。如所附实施例中所示，如本文中所述制造的聚对苯二甲酰对苯二胺纤维与薄片是防切割和耐磨损的。相比之下，使用现有技术的方法及装置从聚对苯二甲酰对苯二胺制造的织物不是防切割的，除非多个织物薄片层压或粘合在一起或者涂布织物。因此，本发明的聚对苯二甲酰对苯二胺薄片和纤维比本领域中的织物更轻和具有与本领域中的织物相比改善的机械性质，并且可以作为例如个人保护装置和服装(例如，防弹和/或防刺背心、手套、头盔等)、运动装(例如，手套、衬衫、护肘、护膝等)、伤口覆盖物以及作为增加产品耐久性的支承使用。

在本发明使用聚对苯二甲酰对苯二胺的实施方式中，装置和方法可用于产生聚对苯二甲酰对苯二胺纳米纤维薄片，其具有约300-1000nm，约350-1000nm，约400-1000nm，约450-1000nm，约300-950nm，约350-950nm，约400-950nm，约450-950nm，约300-900nm，约350-900nm，约400-900nm，约450-900nm，约300-850nm，约350-850nm，约400-850nm，约450-850nm，约300-800nm，约350-800nm，约400-800nm，约450-800nm，约500-750nm，或例如，300、350、400、450、500、550、600、650、700、750、800、850、900、950或约1000nm的纤维间平均间隔。上文记载的范围与值中间的范围和值也设想是本发明的部分。

在本发明使用聚对苯二甲酰对苯二胺的一些实施方式中，装置和方法可用于生产聚对苯二甲酰对苯二胺薄片，其包括具有约0.5-5.0μm，约1.0-5.0μm，约1.5-5.0μm，约2.0-5.0μm，约0.5-4.5μm，约1.0-4.5μm，约1.5-4.5μm，约2.0-4.5μm，约0.5-4.0μm，约1.0-4.0μm，约1.5-4.0μm，约2.0-4.0μm的平均直径，或者约0.5、0.55、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5或约5μm的平均直径的纳米纤维。上文记载的范围与值中间的范围和值也设想是本发明的部分。

在本发明使用聚对苯二甲酰对苯二胺的一些实施方式中，装置和方法可用于产生聚对苯二甲酰对苯二胺薄片，其包括具有约0.1到约10cm的平均厚度的纳米纤维。上文记载的范围与值中间的范围和值也设想是本发明的部分。

在另一个实施方式中，本发明的聚合物纤维可用于制备食品。例如，聚合物纤维可以由可食用聚合物，例如藻酸盐制成，其中可以添加调味品，例如水果调味品或巧克力。在一个实施方式中，食品不是棉花糖。

在另一个实施方式中，本发明的聚合纤维可用于制备家具垫衬物。

在另一个实施方式中，本发明的聚合物纤维可用于形成或制造医疗器械。

本发明的聚合物纤维的另一个用途是将一种或多种物质递送到期望位置和/或以受控方式递送。在一些实施方式中，聚合物纤维被用于递送材料，例如药学活性物质。在其他实施方式中，聚合物纤维材料被用于递送包含在聚合物纤维中的物质或者由包含在聚合物纤维材料中的物质产生或释放的物质。例如，包含细胞的聚合物纤维可以被植入到体内并被用于递送在植入后由细胞产生的分子。本组合物可被用于将物质递送到体内位置、体外位置或其他位置。可以使用任意方法将本组合物应用或施用到这些位置。

用活细胞接种本发明的聚合物纤维的能力也提供了构建组织、器官或器官样组织的能力。包括在这种组织或器官中的细胞可以包括起到递送物质作用的细胞、将提供置换组织的起点的接种的细胞，或二者。

在本发明的一个实施方式中，多种聚合物纤维用多种活细胞处理并在适合的条件下培养以产生生物工程化组织。

在一些实施方式中，与活细胞接触或用活细胞接种的聚合物纤维与药物组合，以使得植入物的功能将得到改善。例如，抗生素、抗炎药、局麻药或其组合可以加入到生物工程化器官的细胞处理聚合物纤维中以加快愈合过程。

生物工程化组织实例包括，但不限于，骨、牙齿结构、关节、软骨(包括，但不限于，关节软骨)、骨骼肌、平滑肌、心肌、肌腱、半月板、韧带、血管、支架、心脏瓣膜、角膜、耳鼓、神经导管、组织或器官补片或密封物、用于缺失组织的填充物、用于美容修复的薄层、皮肤(具有加入的细胞的薄片以形成皮肤等同物)、喉咙的软组织结构例如气管、会厌和声带、其他软骨结构例如关节软骨、鼻软骨、睑板、气管环、甲状软骨、和杓状软骨、结缔组织、血管移植物及其组件、和用于局部应用的薄片、和器官如肝、肾脏、肺、肠、胰腺、视觉系统、听觉系统、神经系统和肌肉骨骼系统的修复。

在一个特定实施方式中，多种聚合物纤维与多个活肌细胞接触并在适合的条件下培养以引导具有期望的各向异性的细胞生长，以产生肌肉薄膜(MTF)或多个MTF，如美国专利公布号20090317852和20120142556及PCT申请号PCT/US2012/068787所述制备的，上述各自全部内容通过引用在此并入。

与活细胞接触的聚合物纤维还可用于生产假体器官或器官部分。三维聚合物纤维基质中的定向细胞系的混合可用于产生模拟复杂器官的结构。使聚合物纤维成形的能力允许制备复杂结构以替换器官，例如肝叶、胰、其他内分泌腺和肾。在这种情况下，细胞被植入以承担细胞在器官中的功能。优选地，使用自体细胞或干细胞来最小化免疫排斥的可能性。

在一些实施方式中，与活细胞接触的聚合物纤维被用于制备部分置换或充填。例如，在某些疾病状态，器官被损伤至功能障碍的点。典型的实例是肝硬化。在肝硬化中，正常肝细胞被困在瘢痕组织的纤维条带中。在本发明的一个实施方式中，对肝进行活检，获得存活的肝细胞，在多个聚合物纤维中培养，并再植入到患者中作为常规肝移植的桥梁或者替代。

在另一个实例中，通过在单独的培养物中生长胰高血糖素分泌细胞、胰岛素分泌细胞、生长抑素分泌细胞和/或胰多肽分泌细胞或其组合，然后将它们与聚合物纤维混合在一起，产生人工胰岛。这些结构然后被置于皮肤下、腹膜后、肝内或者其他期望位置，作为针对糖尿病长期治疗的可植入物。

在其他实例中，使用激素产生细胞来例如替换垂体前叶细胞，以特别地影响生长激素分泌、黄体激素、促卵泡激素、催乳激素和促甲状腺激素的合成与分泌。性腺细胞如莱氏细胞和滤泡细胞被用于补充睾酮或雌激素水平。特别设计的组合可在绝经后和绝经期间的女性中或者内源性睾酮分泌减少的男性中用于激素替代疗法。使用多巴胺产生神经元并植入到基质中以补充黑质中有缺陷或受损的多巴胺细胞。在一些实施方式中，来自受体或者供体的干细胞可以与轻微受损的细胞如胰岛细胞或肝细胞混合，并置于多种聚合物纤维中，并随后收获以控制干细胞到期望细胞类型的分化。在其他实施方式中，甲状腺细胞可以被接种并生长以形成小的甲状腺激素分泌结构。该过程在体外或体内进行。新形成的分化细胞被引入到患者中。

生物工程化组织还可用于测量组织活性或功能、研究组织发育生物学和疾病病理学，以及用于药物开发和毒性检验。

因此，本发明还提供用于识别调节组织功能的化合物的方法。该方法包括，提供根据本发明的方法产生的生物工程化组织，例如肌肉薄膜；将生物工程化组织与测试化合物接触；和在存在与不存在测试化合物的情况下测定测试化合物对组织功能的影响，其中与在不存在测试化合物的情况下的组织功能相比，在测试化合物存在的情况下组织功能的调节指示测试化合物调节组织功能，由此识别调节组织功能的化合物。

在另一个方面，本发明还提供用于识别可用于治疗或预防疾病的化合物的方法。该方法包括，提供根据本发明的方法产生的生物工程化组织，例如肌肉薄膜；将生物工程化组织与测试化合物接触；和在存在与不存在测试化合物的情况下测定测试化合物对组织功能的影响，其中与在不存在测试化合物的情况下的组织功能相比，在测试化合物存在的情况下组织功能的调节指示测试化合物调节组织功能，由此识别可用于治疗或预防疾病的化合物。

本发明的方法一般包括测定测试化合物对整体的生物工程化组织的影响，然而，本发明的方法可以进一步包括评估测试化合物对生物工程化组织的单个细胞类型的影响。

本发明的方法可以包括将单一生物工程化组织与测试化合物接触或者将多种生物工程化组织与测试化合物接触。

如本文所使用的，术语“调节”的不同形式旨在包括刺激(例如，增加或上调特定反应或活性)与抑制(例如，减少或下调特定反应或活性)。

如本文所使用的，术语“接触”(例如，将生物工程化组织与测试化合物接触)旨在包括测试化合物与生物工程化组织的任意类型的相互作用(例如，直接或间接相互作用)。术语接触包括孵育化合物与生物工程化组织(例如，将测试化合物加入到生物工程化组织)。

测试化合物可以是任何试剂，包括化学剂(例如毒素)、小分子、药物、肽、蛋白质(例如抗体、细胞因子、酶等)和核酸(包括基因药物和引入的基因)，其可编码治疗剂，例如蛋白质、反义剂(即，包括与靶细胞类型中表达的靶RNA互补的序列的核酸，如RNAi或siRNA)、核酶等。

测试化合物可以通过任何适合的手段加入到生物工程化组织。例如，测试化合物可以被逐滴添加到本发明的生物工程化组织的表面上并允许其扩散或以其它方式进入生物工程化组织，或者它可以被加入到营养培养基中并允许其扩散到整个培养基。在其中生物工程化组织在多孔板中培养的实施方式中，每个培养孔可以与不同测试化合物或相同测试化合物接触。在一个实施方式中，筛选平台包括微流体处理系统以递送测试化合物和模拟微脉管系统对药物递送的暴露。

众多生理学相关参数，例如胰岛素分泌、传导率、神经递质释放、脂质产生、胆汁分泌，例如肌活性，例如生物力学和电生理活性，可以使用本发明的聚合物纤维组织来评估。例如，在一个实施方式中，本发明的聚合物纤维组织可用于肌细胞或组织的收缩性分析，例如血管、气道或消化道平滑肌、心肌或骨骼肌的化学和/或电刺激收缩。另外，可以研究不同肌细胞类型对于相同刺激(例如，药理学的或电的)的不同收缩性。

在另一个实施方式中，本发明的生物工程化组织可用于测量由于渗透性细胞胀胀产生的固体应力。例如，随着细胞胀胀，聚合物纤维将弯曲，且因此可以测量由于细胞胀胀导致的体积改变、力和断裂点。

在另一个实施方式中，本发明的生物工程化组织可用于细胞中的预应力或残余应力的测量。例如，可以研究在内皮素-1的存在下，由于长期收缩导致的血管平滑肌细胞的重塑。

再进一步地，本发明的生物工程化组织可用于研究外伤性损伤例如外伤性脑损伤之后组织结构的刚性损失。可以将外伤性应激应用于作为血管痉挛模型的血管平滑肌生物工程化组织。这些生物工程化组织可用于确定什么力对于导致血管平滑肌进入超收缩状态是必要的。这些生物工程化组织还可用于测试适合最小化血管痉挛反应或改善损伤后反应和将血管平滑肌收缩性更快地回复到正常水平的药物。

在其他实施方式中，本发明的生物工程化组织可用于研究对于旁分泌释放因子的生物力学反应(例如，由于从血管内皮细胞释放一氧化氮导致的血管平滑肌扩张，或者由于释放一氧化氮导致的心肌细胞扩张)。

在其他实施方式中，本发明的生物工程化组织可用于评估测试细胞对于电生理参数的影响，例如，包括选自以下的电压参数的电生理特征：动作电位、动作电位时程(APD)、传导速度(CV)、不应期、波长、复原、心动过缓、心动过速，折返性心律失常，和/或钙流量参数，例如，细胞内钙瞬变、瞬时振幅、上升时间(收缩)、衰减时间(弛豫)、瞬变下的总面积(力)、复原、局部性和自发性钙释放。例如，在将生物工程化组织与测试化合物接触时，包括心肌细胞的生物工程化组织的电压或钙流量参数的降低指示测试化合物是心脏毒性的。

在又一个实施方式中，本发明的生物工程化组织可用于测量测试化合物对组织应激状态的影响的药理学分析中。例如，分析可包括测定药物对组织应激和生物工程化组织结构重塑的影响。另外，分析可包括测定药物对细胞骨架结构以及因此对生物工程化组织收缩性的影响。

还在其他实施方式中，本发明的生物工程化组织可用于测量生物材料对于生物力学反应的影响。例如，可以研究由于生物工程化组织的材料性质(例如，刚度、表面形貌、表面化学或几何样式)的变化导致的血管平滑肌重塑的不同收缩。

在进一步实施方式中，本发明的生物工程化组织可用于研究干细胞(例如，胚胎、胎儿、新生儿、青少年和成人来源的多能干细胞、多潜能干细胞、诱导多能干细胞和祖细胞)到收缩表型的功能性分化。例如，本发明的聚合物纤维用未分化细胞(例如干细胞)处理，并通过薄膜弯曲观察到分化为收缩表型。分化可以随共培养(例如，与分化细胞共培养)、旁分泌信号传导、药理学、电刺激、磁刺激、热波动、特定基因的转染和生物力学扰动(例如，循环和/或静态应变)变化而进行观察。

在另一实施方式中，本发明的生物工程化组织可用于测定测试化合物的毒性，其是通过评估例如化合物对生物工程化组织的电生理反应。例如，钙通道打开导致钙离子内流到细胞中，其在心肌和骨骼肌纤维中的兴奋-收缩耦联中起到重要作用。钙的逆向电位是正的，因此钙电流几乎总是向内的，导致许多可兴奋细胞中的动作电位平台。这些通道是治疗性干预例如抗高血压药物的钙通道阻滞剂亚型的靶标。候选药物可以在本文描述的电生理学表征分析中测试以鉴别可能潜在地引起不良临床效应的那些化合物，例如可能导致心律失常的不可接受的心肌兴奋的变化。

例如，可能导致心律失常的不可接受的心肌兴奋变化包括，例如，阻断对于正常动作电位传导必要的离子通道，例如，阻断Na⁺通道的药物会阻断动作电位并且看不到上升(upstroke)；阻断Ca²⁺通道的药物将延长复极化并延长不应期；K⁺通道的阻断会阻止快速复极化，并因此将以由较慢的Ca²⁺通道介导的复极为主。

另外，可以评价代谢变化以通过测定例如将生物工程化组织与测试化合物接触是否导致代谢活性降低和/或细胞死亡来确定测试化合物是否是毒性的。例如，可以使用多种可检测标记系统如荧光/化学发光检测或生物发光检测来进行代谢变化的检测，其使用，例如，REDOX活性的AlamarBlue荧光/显色测定(Invitrogen)，REDOX指示剂在代谢活跃细胞中从氧化态(非荧光的，蓝色)改变为还原态(荧光的，红色)；代谢活性的VybrantMTT显色测定(Invitrogen)，在代谢活跃细胞中水溶性MTT还原为不溶性甲臜；和细胞DNA含量的CyQuantNF荧光测量(Invitrogen)，荧光DNA染料在渗透剂的帮助下进入细胞并结合核染色质。对于生物发光分析，可以使用如下示例性试剂：Cell-TiterGlo萤光素酶基ATP测量(Promega)，热稳定萤火虫萤光素酶在代谢活跃细胞释放的可溶性ATP的存在下发光。

本发明的生物工程化组织还可用于评估治疗剂的特定递送介质的作用，例如，与经不同递送系统施用的相同试剂的作用相比较，或者简单评价递送介质自身(例如，病毒载体或脂质体)是否能够影响生物工程化组织的生物活性。这些递送介质可以是任何形式，从常规药学制剂到基因递送介质。例如，本发明的装置可用于比较通过两种或更多种不同递送系统(例如，储库制剂和控释制剂)施用的相同试剂的疗效。本发明的生物工程化组织还可用于研究特定介质自身是否可能对组织有影响。随着基于基因的治疗的使用增加，与各种不同的可能递送系统相关的安全性问题变得越来越重要。因此，本发明的生物工程化组织可用于研究递送系统针对核酸治疗剂如裸DNA或RNA、病毒载体(例如，逆转录病毒或腺病毒载体)、脂质体等的性能。因此，测试化合物可以是任意适当类型的具有或不具有任何相关治疗剂的递送介质。

而且，本发明的生物工程化组织是用于评估测试化合物对于例如肌肉和/或神经肌肉疾病或失调的治疗活性的适合体外模型。例如，本发明的生物工程化组织(例如，包含肌细胞)可以通过例如浸没在含有测试化合物的培养基中与候选化合物接触，并且可以如本文所述的测量测试化合物对组织活性(例如，生物力学和/或电生理活性)的影响，如与适合的对照例如未处理的生物工程化组织相比较的。或者，本发明的生物工程化组织可以浸浴在含有候选化合物的培养基中，然后在如本文所述的测量组织活性(例如，生物力学和/或电生理活性)之前洗涤细胞。在测试化合物存在下使用生物工程化组织测定的活性的任何变化(与在不存在测试化合物的情况下使用该装置的相同活性相比)指示测试化合物可用于治疗或预防组织疾病，例如神经肌肉疾病。

另外设想的本发明聚合物纤维的用途公开在例如PCT申请号WO2008/045506、WO2003/099230和WO2004/032713中，这些的全部内容通过引用在此引入。

本发明进一步由以下实施例说明，其不应构成对本发明的限制。在整个本申请中引用的所有参考文献、专利和公开的专利申请的内容及图通过引用在此全文并入。

实施例

实施例1.用于制造聚合物纤维的浸没旋转喷射纺丝装置(iRJS)和方法

虽然此前已经描述了采用旋转运动生产聚合物纤维的装置及方法(参见例如美国专利公布号US2012/0135448和PCT公布号WO2012/068402)，使用水溶性聚合物和/或需要接触交联和/或沉淀的聚合物以形成物理和化学稳定的聚合物纤维的聚合物纤维制造仍然是挑战性的。本发明通过提供在本文中称为浸没旋转喷射纺丝装置(jRJS)的装置及使用该装置来制造聚合物纤维(例如纳米纤维，例如各向同性或各向异性对齐的纳米纤维)的方法(参见例如图5)为该问题提供了解决方案。示例性iRJS装置在图1中示出。

本发明的装置包括包含液体的收集浴槽，当随着聚合物溶液被强迫通过旋转储室的孔口进入液体中而被施加剪切力时，该液体可用于交联聚合物或蛋白质或者将固体纤维从溶液沉淀出来。换句话说，在液体帮助固化的同时，剪切力起到伸长聚合物并减小聚合物纤维直径的作用。

适用于本发明的装置及方法中的聚合物的两个非限制性实例是脱氧核糖核酸(DNA)和藻酸盐。

例如，用于DNA的溶剂(水)牢固地结合到DNA分子骨架。为了便利纺丝过程中的固化以及从聚合物喷射流除去水，乙醇被置于收集装置中并用于将DNA从溶液沉淀出来。

在另一个实施例中，藻酸盐(藻酸)被溶于水，并且其需要交联剂来形成具有长期稳定性的固体材料。氯化钙溶液可用于将藻酸盐交联为凝胶和纤维，但是要求两步过程来实现。与此相反，使用iRJS装置制造藻酸盐聚合物纤维是一步方法；iRJS允许藻酸盐溶液旋转到氯化钙浴槽中并在旋转过程中形成固体和不溶性纳米纤维，由此在一步方法中形成纤维。

使用本发明的iRJS装置和方法，要求接触交联和/或沉淀的聚合物溶液已经被用于制造具有纳米尺度的聚合物纤维。示例性DNA和藻酸盐聚合物纳米纤维在图6和7中示出。

通过该方法产生的纳米纤维可以为如伤口敷料、服装、用于细胞接种的基质和可植入装置的涂层的应用促进迁移细胞粘附。

特别是，该技术可用于制造设计为模拟细胞外基质(ECM)的由藻酸盐或DNA纳米纤维组成的水不溶性三维相关生物支架。ECM由帮助细胞粘附的纳米级的3D阵列纤维组成(Goodman等，Biomaterials1996)。如上所述的纳米纤维生产可以调整纳米纤维性质以模拟所研究的组织的生物学微环境。在通过纺丝到溶液中来制造后，可以接种细胞以建立用于测试化合物(即，药物)对所讨论的组织的影响的分析。

实施例2.抗切割聚对苯二甲酰对苯二胺聚合物纤维的浸没旋转喷射纺丝

聚对苯二甲酰对苯二胺聚合物在70℃下以10％重量/体积的浓度溶于硫酸中。在溶剂化后，聚合物溶液如上所述被进料至iRJS装置的储室中。iRJS装置包括具有12.5mm直径和25.4mm高度的储室，以及各自具有340微米直径和4.15mm孔口长度的两个孔口。收集装置包括容纳有1.5L水的圆筒、11.0cm搅拌棒和将搅拌棒以约350rpm旋转的运动发生器。在运行前，孔口与收集装置中的液体之间的距离是3.5cm；和在运行中，液体涡旋与孔口之间的距离也是3.5cm。

储室以60,000rpm旋转2分钟，纤维被喷射到通过旋转收集装置中的液体产生的液体涡旋中，以在一步方法中形成固体和不溶性纳米纤维的薄片。使用具有5.0cm直径和5.0cm高度的旋转鼓将薄片从收集装置中移除。该鼓连接到搅拌棒和稳定棒。制造的薄片的尺寸为20.0cm长，2.0cm宽和0.25cm厚(参见图10A-10E)。

在一个实验中，产生包括具有约2.0μm直径，和约0.5cm宽度，2cm长度和0.2cm厚度的纤维，以及具有约500到约750nm大致纤维间间距的聚对苯二甲酰对苯二胺纳米纤维的单一薄片并用于刺破试验。简单来说，将约50牛顿力施加到约0.23mm厚的刀片上以确定薄片层是否可以被刺破。令人惊奇地，在将剃刀片用力推入纳米纤维薄片时，刀片没有刺破聚合物薄片。使用0.2cm厚的聚对苯二甲酰对苯二胺微米纤维薄片(例如，Kevlar；NationalStockNumber(NSN):8470-01-465-1763；Contract#:DAAN02-98-D-5006)进行相同测试，且在这种情况下，纤维被刀片切断(参见图11A-11D)。

虽然不希望受限于理论，但据信要求保护的发明的装置及方法将液体聚合物喷射到气旋中，导致喷射出的喷射流在遇到收集装置中的水之前延展，在收集装置中它们然后形成允许单个纤维之间的分子相互作用的液晶，由此形成纳米纤维的致密薄片。使用用于形成聚对苯二甲酰对苯二胺纳米纤维薄片的这种一步方法，单个纤维之间的距离减小(与聚对苯二甲酰对苯二胺纳米纤维织物例如Kevlar相比；参见图11E和11F)，由此制备比使用聚对苯二甲酰对苯二胺制造的其他织物相比更薄并且还仍然抗切割的纤维薄片。

还使用ASTMF1790(美国标准)、ISO13997(国际标准)和EN388(欧洲标准)测试方法评估聚对苯二甲酰对苯二胺纳米纤维薄片的抗切割性。

ASTMF1790和ISO13997测试方法使用CPP和TDM测试方法，其包括用三种不同重量沿样品的长度滑动的直刀片。切割样品五次，且数据被用于确定以20mm(0.8”)的参考距离刺穿样品所需的要求负荷。EN388测试方法使用Couptest，其包括在织物上来回移动的具有固定负荷的圆形刀片，以测定需要多长来刺穿。同样，使用5次切割来测定切割指数。

还使用本领域中已知的标准方法测定薄片的耐磨性和防刺性，例如ASTMD4157-13方法来测试耐磨性和ASTMF1342方法来测试防刺性。

等同

在描述的示例性实施方式中，特定术语是出于清楚而使用。出于描述的目的，各个特定术语旨在至少包括以类似方式使用以实现类似目的的所有技术和功能等同。另外，在其中特定示例性实施方式包括多个系统元件或方法步骤的一些情况下，那些元件或步骤可以用单个元件或步骤替换。类似地，单个元件或步骤可以被用于相同目的的多个元件或步骤替换。进一步地，除非另外明确说明，在用于不同性质的参数在本文中针对示例性实施方式明确说明的情况下，那些参数可以上调或下调1/20、1/10、1/5、1/3、1/2等，或者通过其取整近似。而且，虽然示例性实施方式已经根据其特定实施方式示出和描述，本领域技术人员将理解可在其中进行形式上和细节上的不同替换与改变而不背离本发明的范围。仍进一步地，其他方面、功能和优势也在本发明的范围中。

示例性流程图在本文中是出于说明性目的而提供，并且是方法的非限制性实例。本领域技术人员将认识到示例性方法可以包括比示例性流程图中说明的那些更多或更少的步骤，并且示例性流程图中的步骤可以以与所示顺序不同的顺序进行。

通过引用并入

在整个本申请中引用的包括专利和专利申请的所有参考文献的内容通过引用在此全文并入。那些参考文献的适当组分及方法可选择用于本发明及其实施方式。仍进一步地，背景部分确定的组分和方法被整合到本公开中，并可在本发明的范围内与本公开中其他地方描述的组分及方法联用或将其替换。

Claims (98)

1.一种用于形成一种或多种微米、亚微米或纳米尺度聚合物纤维的装置，所述装置包括：

用于容纳聚合物和包括表面的储室，所述表面具有一个或多个用于喷射所述聚合物以形成纤维的孔口；

配置为对所述储室赋予旋转运动的运动发生器，所述储室的所述旋转运动导致所述聚合物经所述一个或多个孔口的喷射；

保存有液体的收集装置，所述收集装置被配置和安置为从所述储室接收喷射的所述聚合物；

其中所述储室和所述收集装置被安置为使得所述储室的所述一个或多个孔口浸没在所述收集装置的所述液体中；和

其中所述聚合物喷射到所述收集装置中的所述液体中导致一种或多种微米、亚微米或纳米尺度聚合物纤维的形成。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述一个或多个孔口完全浸没在所述收集装置中的所述液体中。

3.根据权利要求1所述的装置，其中所述一个或多个孔口部分浸没在所述收集装置中的所述液体中。

4.根据权利要求1所述的装置，其中所述一个或多个孔口提供在所述聚合物与所述液体之间的液-液界面，其是无环境空气的。

5.根据权利要求1所述的装置，其中所述聚合物喷射到所述收集装置中的所述液体中导致所述一种或多种微米、亚微米或纳米尺度聚合物纤维的沉淀。

6.根据权利要求1所述的装置，其中所述聚合物喷射到所述收集装置中的所述液体中导致所述一种或多种微米、亚微米或纳米尺度聚合物纤维的交联。

7.根据权利要求1所述的装置，其中所述聚合物包含脱氧核糖核酸(DNA)，和其中所述聚合物喷射到所述收集装置中的所述液体中导致一种或多种微米、亚微米或纳米尺度的交联DNA纤维的形成。

8.根据权利要求7所述的装置，其中所述交联DNA纤维是纳米尺度的纤维。

9.根据权利要求1所述的装置，其中所述液体包含一种或多种细胞，和其中所述聚合物喷射到所述液体中导致形成具有陷在其中的所述一种或多种细胞的所述一种或多种微米、亚微米或纳米尺度聚合物纤维。

10.根据权利要求1所述的装置，其中所述液体包含乙醇。

11.根据权利要求1所述的装置，其中所述液体包含氯化钙。

12.根据权利要求1所述的装置，所述装置进一步包括：

控制机构，其用于控制由所述运动发生器赋予的旋转运动的速度。

13.根据权利要求1所述的装置，其中所述运动发生器还配置为赋予所述储室线性振荡运动。

14.根据权利要求1所述装置，其中所述一个或多个孔口被提供在所述储室的相同表面上。

15.根据权利要求1所述的装置，其中所述一个或多个孔口被提供在所述储室的不同表面上。

16.根据权利要求1所述的装置，其中所述一个或多个孔口具有相同的截面构型。

17.根据权利要求1所述的装置，其中所述一个或多个孔口具有不同的截面构型。

18.根据权利要求1所述的装置，其中所述储室进一步包括：

在所述储室的所述一个或多个孔口的第一孔口上提供的第一喷嘴。

19.根据权利要求18所述的装置，其中所述第一喷嘴具有与所述第一孔口的截面构型不同的截面构型。

20.根据权利要求18所述的装置，其中所述第一喷嘴增加所形成的纤维的表面积。

21.根据权利要求18所述的装置，其中所述第一喷嘴卷积所形成的纤维的表面形貌。

22.根据权利要求18所述的装置，其中所述第一喷嘴在所形成的纤维的表面上产生一个或多个结构特征。

23.根据权利要求22所述的装置，其中所述一个或多个结构特征的大小范围从约1纳米到约500纳米。

24.根据权利要求1所述的装置，其中所述运动发生器被配置为以约1000rpm到约90000rpm的速度旋转所述储室。

25.一种用于制造一种或多种微米、亚微米或纳米尺度聚合物纤维的方法，所述方法包括：

提供溶液中的聚合物；

将所述溶液中的聚合物围绕旋转轴旋转以导致所述聚合物溶液以一个或多个喷射流喷射；和

在液体中收集所述聚合物的所述一个或多个喷射流以导致一种或多种微米、亚微米或纳米尺度聚合物纤维的形成。

26.一种用于制造一种或多种微米、亚微米或纳米尺度聚合物纤维的方法，所述方法包括：

提供权利要求1所述的装置；

使用所述运动发生器使所述储室围绕旋转轴旋转以导致所述聚合物以一个或多个喷射流喷射；和

在容纳在所述收集装置中的所述液体中收集所述聚合物的所述一个或多个喷射流以导致所述一种或多种微米、亚微米或纳米尺度聚合物纤维的形成。

27.根据权利要求25或26所述的方法，其中所述聚合物选自水溶性聚合物、需要接触交联的聚合物、不能够容易地以足够高的浓度溶解来提供用于随机缠绕的足够粘度和溶剂蒸发而形成聚合物纤维的聚合物、需要沉淀的聚合物和以低浓度溶于水的聚合物。

28.根据权利要求25或26所述的方法，其中所述液体是水、氯化钙、硫酸或30％乙醇。

29.根据权利要求25或26所述的方法，其中所述储室以约1000rpm到约90000rpm旋转。

30.根据权利要求25或26所述的方法，其中所述一个或多个孔口具有约1微米到约100毫米的截面直径。

31.根据权利要求25或26所述的方法，其中所述一个或多个孔口具有约10微米到约100厘米的长度。

32.一种根据权利要求25或权利要求26所述的方法制备的微米、亚微米或纳米尺度聚合物纤维。

33.一种使用权利要求1所述的装置制备的微米、亚微米或纳米尺度聚合物纤维。

34.一种用于形成一种或多种微米、亚微米或纳米尺度聚合物纤维的装置，所述装置包括：

用于容纳聚合物和包括外表面的储室，所述外表面具有一个或多个用于喷射所述聚合物以形成纤维的孔口；

可与所述储室偶联的第一运动发生器，所述第一运动发生器被配置为赋予所述储室旋转运动以导致所述聚合物经所述一个或多个孔口喷射；

容纳液体的收集装置，所述收集装置被配置和安置以接收从所述储室喷射的所述聚合物；

可与所述收集装置偶联的第二运动发生器，所述第二运动发生器被配置为赋予所述收集装置中的所述液体旋转运动以产生包括气隙的液体涡旋；

其中所述储室和所述收集装置被安置为使得所述储室的所述一个或多个孔口被安置在所述收集装置的所述液体涡旋的所述气隙中；和

其中所述聚合物喷射到所述气隙中和接着到所述收集装置的所述液体涡旋的所述液体中导致一种或多种微米、亚微米或纳米尺度聚合物纤维的形成。

35.根据权利要求34所述的装置，其中所述气隙位于所述收集装置中的所述液体涡旋的中心。

36.根据权利要求34所述的装置，其中所述第一和第二运动发生器赋予相同旋转方向的旋转运动。

37.根据权利要求34所述的装置，其中所述第一和第二运动发生器赋予相反旋转方向的旋转运动。

38.根据权利要求34所述的装置，其中所述储室的所述一个或多个孔口不与所述收集装置中的所述液体接触。

39.根据权利要求34所述的装置，其中所述气隙沿着所述液体涡旋的中心轴并紧靠所述液体涡旋中的所述液体的顶表面形成，和其中所述储室的所述一个或多个孔口被安置在所述收集装置中所述液体的所述顶表面的最高水平之下。

40.根据权利要求34所述的装置，其中所述第一运动发生器是发动机。

41.根据权利要求34所述的装置，其中所述储室的所述旋转运动在约1000rpm到约90000rpm之间。

42.根据权利要求34所述的装置，其中所述第二运动发生器是搅拌棒。

43.根据权利要求42所述的装置，其中所述搅拌棒具有约2英寸到约4英寸的长度。

44.根据权利要求34所述的装置，其中所述收集装置中所述液体的旋转运动为约300rpm到约20000rpm。

45.根据权利要求34所述的装置，其中所述收集装置中所述液体的体积为约2升。

46.根据权利要求34所述的装置，其中所述第二运动发生器是排水系统，其通过经所述排水系统排出所述液体来赋予所述液体旋转运动。

47.根据权利要求34所述的装置，其中所述一个或多个孔口中的一个以约0.01cm到约8cm的距离与所述液体涡旋中的所述液体水平间隔。

48.根据权利要求47所述的装置，其中所述一个或多个孔口中的一个以约3.0cm到约6.0cm的距离与所述液体涡旋中的所述液体水平间隔。

49.根据权利要求34所述的装置，其中所述聚合物喷射到所述气隙中接着到所述液体涡旋的液体中导致所述一种或多种微米、亚微米或纳米尺度聚合物纤维的沉淀。

50.根据权利要求34所述的装置，其中所述聚合物喷射到所述气隙中接着到所述液体涡旋的液体中导致所述一种或多种微米、亚微米或纳米尺度聚合物纤维的交联。

51.根据权利要求34所述的装置，其中所述液体包含一种或多种细胞，和其中所述聚合物喷射到所述气隙中和接着到所述液体涡旋的液体中导致形成具有陷在其中的所述一种或多种细胞的所述一种或多种微米、亚微米或纳米尺度聚合物纤维。

52.根据权利要求34所述的装置，其中所述液体包含水。

53.根据权利要求34所述的装置，其中所述液体包含乙醇。

54.根据权利要求34所述的装置，其中所述液体包含氯化钙。

55.根据权利要求34所述的装置，所述装置进一步包括：

第一控制机构，其被配置为控制由所述第一运动发生器赋予的所述旋转运动的速度；和

第二控制机构，其被配置为控制由所述第二运动发生器赋予的所述旋转运动的速度。

56.根据权利要求34所述的装置，其中所述第一运动发生器还被配置为赋予所述储室线性振荡运动。

57.根据权利要求34所述的装置，其中所述一个或多个孔口被提供在所述储室的相同表面上。

58.根据权利要求34所述的装置，其中所述一个或多个孔口被提供在所述储室的不同表面上。

59.根据权利要求34所述的装置，其中所述一个或多个孔口具有相同的截面构型。

60.根据权利要求34所述的装置，其中所述一个或多个孔口具有不同的截面构型。

61.根据权利要求34所述的装置，其中所述储室进一步包括：

在所述储室的所述一个或多个孔口的第一孔口上提供的第一喷嘴。

62.根据权利要求61所述的装置，其中所述第一喷嘴具有与所述第一孔口的截面构型不同的截面构型。

63.根据权利要求61所述的装置，其中所述第一喷嘴增加所形成的纤维的表面积。

64.根据权利要求61所述的装置，其中所述第一喷嘴卷积所形成的纤维的表面形貌。

65.根据权利要求61所述的装置，其中所述第一喷嘴在所形成的纤维的表面上产生一个或多个结构特征。

66.根据权利要求65所述的装置，其中所述一个或多个结构特征的大小范围从约1纳米到约500纳米。

67.根据权利要求34所述的装置，其中所述一个或多个孔口中的每一个具有约1微米到约100毫米的截面直径。

68.根据权利要求34所述的装置，其中所述一个或多个孔口中的每一个具有约10微米到约100厘米的长度。

69.一种用于制造一种或多种微米、亚微米或纳米尺度聚合物纤维的方法，所述方法包括：

提供溶液中的聚合物；

将所述溶液中的聚合物围绕旋转轴旋转以导致所述聚合物溶液以一个或多个喷射流喷射；

在用于收集所述聚合物的所述一个或多个喷射流的收集装置中产生液体涡旋，所述液体涡旋包括中心气隙；和

在所述收集装置中收集所述聚合物的所述一个或多个喷射流，其中所述一个或多个喷射流被喷射最初经过所述液体涡旋的所述气隙并随后经过所述收集装置的所述液体涡旋中的所述液体；

其中所述聚合物喷射到所述气隙中和接着到所述收集装置的所述液体中导致所述一种或多种微米、亚微米或纳米尺度聚合物纤维的形成。

70.一种用于制造一种或多种微米、亚微米或纳米尺度聚合物纤维的方法，所述方法包括：

提供权利要求34所述的装置；

使用所述第一运动发生器使所述储室围绕旋转轴旋转以导致所述聚合物以一个或多个喷射流喷射；

使用所述第二运动发生器来旋转所述收集装置中的所述液体以产生所述液体涡旋；和

在所述液体涡旋的所述气隙中并接着在所述收集装置的所述液体涡旋的所述液体中收集所述聚合物的所述一个或多个喷射流以导致所述一种或多种微米、亚微米或纳米尺度聚合物纤维的形成。

71.根据权利要求69或70所述的方法，其中所述储室以约1000rpm到约90000rpm旋转。

72.根据权利要求69或70所述的方法，其中所述收集装置中的所述液体以约300rpm或以上旋转。

73.一种根据权利要求69或权利要求70所述的方法制备的微米、亚微米或纳米尺度聚合物纤维。

74.一种使用权利要求34所述的装置制备的微米、亚微米或纳米尺度聚合物纤维。

75.一种用于制造一种或多种微米、亚微米或纳米尺度的聚对苯二甲酰对苯二胺纤维的方法，所述方法包括：

提供聚对苯二甲酰对苯二胺溶液；

将所述聚对苯二甲酰对苯二胺溶液围绕旋转轴旋转以导致所述聚对苯二甲酰对苯二胺溶液以一个或多个喷射流喷射；和

在水中收集所述聚对苯二甲酰对苯二胺的所述一个或多个喷射流以导致一种或多种微米、亚微米或纳米尺度的聚对苯二甲酰对苯二胺纤维的形成。

76.一种用于制造一种或多种微米、亚微米或纳米尺度的聚对苯二甲酰对苯二胺纤维的方法，所述方法包括：

提供权利要求1所述的装置；

使用所述运动发生器使所述储室围绕旋转轴旋转以导致聚对苯二甲酰对苯二胺以一个或多个喷射流喷射；和

在容纳在所述收集装置中的所述液体中收集所述聚对苯二甲酰对苯二胺的所述一个或多个喷射流以导致所述一种或多种微米、亚微米或纳米尺度的聚对苯二甲酰对苯二胺纤维的形成，其中所述液体是水。

77.一种用于制造聚对苯二甲酰对苯二胺纳米纤维的薄片的方法，所述方法包括：

提供聚对苯二甲酰对苯二胺溶液；

将所述聚对苯二甲酰对苯二胺溶液围绕旋转轴旋转以导致所述聚对苯二甲酰对苯二胺溶液以一个或多个喷射流喷射；和

在水中收集所述聚对苯二甲酰对苯二胺的所述一个或多个喷射流以导致形成包含聚对苯二甲酰对苯二胺的微米、亚微米或纳米尺度纤维薄片。

78.一种用于制造聚对苯二甲酰对苯二胺纳米纤维的薄片的方法，所述方法包括：

提供权利要求1所述的装置；

使用所述运动发生器使所述储室围绕旋转轴旋转以导致聚对苯二甲酰对苯二胺以一个或多个喷射流喷射；和

在容纳在所述收集装置中的所述液体中收集所述聚对苯二甲酰对苯二胺的所述一个或多个喷射流以导致所述聚对苯二甲酰对苯二胺纳米纤维的形成，其中所述液体是水。

79.一种用于制造一种或多种微米、亚微米或纳米尺度的聚对苯二甲酰对苯二胺纤维的方法，所述方法包括：

提供聚对苯二甲酰对苯二胺溶液；

将所述聚对苯二甲酰对苯二胺溶液围绕旋转轴旋转以导致所述聚对苯二甲酰对苯二胺溶液以一个或多个喷射流喷射；

在用于收集所述聚对苯二甲酰对苯二胺的所述一个或多个喷射流的收集装置中产生液体涡旋，所述液体涡旋包括中心气隙；和

在所述收集装置中收集所述聚对苯二甲酰对苯二胺的所述一个或多个喷射流，其中所述一个或多个喷射流被喷射最初经过所述液体涡旋的所述气隙，和接着经过所述收集装置的所述液体涡旋中的所述液体；

其中所述聚对苯二甲酰对苯二胺喷射到所述气隙中和接着到所述收集装置中的所述液体中导致一种或多种微米、亚微米或纳米尺度的聚对苯二甲酰对苯二胺纤维的形成，其中所述液体是水。

80.一种用于制造一种或多种微米、亚微米或纳米尺度的聚对苯二甲酰对苯二胺纤维的方法，所述方法包括：

提供权利要求34所述的装置；

使用所述第一运动发生器使所述储室围绕旋转轴旋转以导致所述聚对苯二甲酰对苯二胺以一个或多个喷射流喷射；

使用所述第二运动发生器旋转所述收集装置中的所述液体以产生所述液体涡旋；和

在所述液体涡旋的所述气隙中和接着在所述收集装置的所述液体涡旋的所述液体中收集所述聚对苯二甲酰对苯二胺的所述一个或多个喷射流以导致所述一种或多种微米、亚微米或纳米尺度的聚对苯二甲酰对苯二胺纤维的形成，其中所述液体是水。

81.一种用于制造聚对苯二甲酰对苯二胺纳米纤维的薄片的方法，所述方法包括：

提供聚对苯二甲酰对苯二胺溶液；

将所述聚对苯二甲酰对苯二胺溶液围绕旋转轴旋转以导致所述聚对苯二甲酰对苯二胺溶液以一个或多个喷射流喷射；

在用于收集所述聚对苯二甲酰对苯二胺的所述一个或多个喷射流的收集装置中产生液体涡旋，所述液体涡旋包括中心气隙；和

在所述收集装置中收集所述聚对苯二甲酰对苯二胺的所述喷射流，其中所述一个或多个喷射流被喷射最初经过所述液体涡旋的所述气隙，和接着经过所述收集装置的所述液体涡旋中的所述液体；

其中所述聚对苯二甲酰对苯二胺喷射到所述气隙中和接着到所述收集装置的所述液体中导致微米、亚微米或纳米尺度的聚对苯二甲酰对苯二胺纤维薄片的形成，其中所述液体是水。

82.一种用于制造聚对苯二甲酰对苯二胺纳米纤维的薄片的方法，所述方法包括：

提供权利要求34所述的装置；

使用所述第一运动发生器使所述储室围绕旋转轴旋转以导致所述聚对苯二甲酰对苯二胺以喷射流喷射；

使用所述第二运动发生器旋转所述收集装置中的所述液体以产生所述液体涡旋；和

在所述液体涡旋的所述气隙中和接着在所述收集装置的所述液体涡旋的所述液体中收集所述聚对苯二甲酰对苯二胺的所述喷射流以导致所述一种或多种微米、亚微米或纳米尺度的聚对苯二甲酰对苯二胺纤维的形成，其中所述液体是水。

83.一种根据权利要求75、76、79和80中任一项所述的方法制备的聚对苯二甲酰对苯二胺纳米纤维。

84.一种根据权利要求77、78、81和82中任一项所述的方法制备的聚对苯二甲酰对苯二胺纳米纤维的薄片。

85.一种使用权利要求1所述的装置制备的聚对苯二甲酰对苯二胺纳米纤维。

86.一种使用权利要求34所述的装置制备的聚对苯二甲酰对苯二胺纳米纤维。

87.一种使用权利要求1所述的装置制备的聚对苯二甲酰对苯二胺纳米纤维的薄片。

88.一种使用权利要求34所述的装置制备的聚对苯二甲酰对苯二胺纳米纤维的薄片。

89.一种包括根据权利要求75、76、79和80中任一项所述的方法制备的聚对苯二甲酰对苯二胺纳米纤维或根据权利要求77、78、81和82中任一项所述的方法制备的聚对苯二甲酰对苯二胺纳米纤维的薄片的织物。

90.一种包括权利要求89所述的织物的个人保护装置。

91.一种包括权利要求89所述的织物的运动服。

92.一种包括权利要求89所述的织物的伤口覆盖物。

93.一种在单个纤维之间具有约300到约1000nm的间距的聚对苯二甲酰对苯二胺纳米纤维的薄片。

94.一种聚对苯二甲酰对苯二胺纳米纤维的薄片，其中所述纳米纤维具有约0.5到约5μm的平均直径。

95.一种聚对苯二甲酰对苯二胺纳米纤维的薄片，其中所述薄片的厚度为约0.1到约100cm。

96.一种个人保护装置，其包括权利要求93-95中任一项所述的聚对苯二甲酰对苯二胺纳米纤维的薄片。

97.一种运动服，其包括权利要求93-95中任一项所述的聚对苯二甲酰对苯二胺纳米纤维的薄片。

98.一种伤口覆盖物，其包括权利要求93-95中任一项所述的聚对苯二甲酰对苯二胺纳米纤维的薄片。