TWI508836B - 具側向移動裝置之電紡設備及使用該設備之方法 - Google Patents

Description

具側向移動裝置之電紡設備及使用該設備之方法

本發明係關於電紡設備。特定言之，本發明提供一種電紡裝置，具有紡絲頭、自紡絲頭設置並配置為收集纖維之收集器，及設置於或連接至紡絲頭之側向移動裝置。

技藝中需要促進組織浸潤以修復/再生罹病或受損組織之生物醫學材料(較佳地，生物可相容及生物可降解之結構基材)。組織工程涉及開發能夠與生物組織進行特定相互作用以得到功能組織等效物之新一代生物材料。歸因於製造方法之極端條件(諸如，高溫或低溫)，大多數架構僅可在架構完成之後導入細胞及/或信號。在架構之內部部分中接種細胞可能有難度，尤其係對於具有精細結構特徵之較大物件而言。若細胞可另以原位的方式導入至架構中的話，其係會非常有益的。此外，化學嵌入物(chemical cue)(諸如，生長因子)之添加，係可藉由微調生物可降解聚合物(諸如，膠原蛋白、聚乳酸及PCL)之降解機制以受控方式來達成。

吾人已知，具有核心、中空或多孔結構之奈米管及奈米纖維在各種各樣的技術(包括(例如)生物醫學材料、架構及組織再生及過濾)中具有許多有前景的應用。此等纖維在線性、二維及三維結構中展現重量輕、具可撓性、具可滲透性、堅固及具彈性之性質的特別有利的 組合。就生物醫學應用而言，存在對設計模擬組織以用於較佳組織再生之架構結構的極大興趣。超高順向結構最佳的代表，為神經、血管及一些其他組織或其部分之結構。

電紡為藉由電荷以使自噴嘴尖口所噴出之聚合溶液錐形小液滴變形為超精細纖維的製程。電紡使對來自許多不同材料(包括(但不限於)聚合物)之連續奈米纖維進行紡絲變得相對容易。電紡提供直接且實用的方式來製造直徑在幾奈米至約兩千奈米之範圍內的纖維。電紡為用於製造呈膜或3-D結構形式之微米至奈米級纖維之多用途的低成本方法。2007年的Polym Int 56：1361-1366中介紹了用於製備電紡奈米纖維之裝置。WO 2005095684係關於具有芯殼型結構(core-and-shell structure)之實質上連續纖維；然而，此等纖維係無規配置、非順向且緊密排列的。當前，僅有一些關於超高順向電紡絲纖維製造之報告，其係藉由使用以下各項來收集纖維而達成：旋轉圓盤(A. Theron、E. Zussmanl及A. L. Yarin之2001年的「Electrostatic field-assisted alignment of electrospun nanofibres」(Nanotechnology，第12卷第384至390頁))、轉鼓(P. Katta、M. Alessandro、R. D. Ramsier及G. G. Chase之2004年的「Continuous Electrospinning of Aligned Polymer Nanofibers onto a Wire Drum Collector」(Nano Lett，第4卷第11號))，或框架(H. Fong、W-D. Liu、C-S. Wang、RA.Vaia之2002年的「Generation of electrospun fibers of nylon 6 and nylon 6-montmorillonite nanocomposite」(Polymer，43(3)，第775至780頁))；或該製造係藉由使用如下一項來收集纖維而達成：一組平行導電基板(Dan Li、Yuliang Wang及Younan Xia之2003年的「Electrospinning of Polymeric and Ceramic Nanofibers as Uniaxially Aligned Arrays」(Nano Lett.，第3卷第8號))。藉助於多領域技術的某種程度之纖維定向(J.M. Deitzel、J. Kleinmeyer、J.K. Hirvonen、Beck TNC.之2001年的 「Controlled deposition of electrospun poly(ethylene oxide)fibers」(Polymer，第42卷第8163至8170頁))亦已有報告。此外，US 7,575,707揭示了一種用於對具有芯鞘、管狀或複合結構之奈米纖維進行電紡之方法。然而，上述參照案皆具有有限順向之缺點，其甚至會隨著經沈積纖維層生長得愈來愈厚而變得愈來愈糟。以織針型紡絲頭進行電紡絲之極有限的製造速度及/或小製造量亦係令人煩惱的，此使其缺乏工業價值。

藉由電紡製程來製備奈米/微米管之報告為少數。Li等人已報告藉由單一毛細管電紡製備奈米管(Li,X.H.S.,Chang L.及Liu,Yi C.之2007年的A Simple Method for Controllable Preparation of Polymer Nanotubes via a Single Capillary Electrospinning.Langmuir(23：第10920至10923頁))。Srivastava亦已使用流體動力流體，聚焦於微通道設計來製備芯/鞘、PPy/PVP及中空PVP奈米纖維(Y.Srivastava,C.Rhodes,M.Marquez,T.Thorsen之2005年的Electrospinning hollow and core/sheath nanofibers using hydrodynamic fluid focusing；Microfluid Nanofluid，5：第455至458頁)。Di等人已藉由將自對聚(乙烯吡咯啶酮)(PVP)/乙醇溶液中之矽質岩類-1奈米粒子進行同軸電紡絲所得之初紡纖維煅燒成外殼且使石蠟油充當內部液體來製備沸石中空纖維(J.Di,H.Chen,X.Wang,Y.Zhao,L.Jiang,J.Yu,R.Xu之2008年的Fabrication of Zeolite Hollow Fibers by Coaxial Electrospinning。Chem.Mater.，20(11)：第3543至3545頁)。然而，其皆不能夠製備超高順向與超高緊密排列之微管。因此，需要開發結構順向與緊密排列之纖維。

製造電紡膜，特別是較寬且具一致的膜厚度，是已知的。某些類型的移動被應用於紡絲頭或收集器，使得纖維的積存可平均的擴展。此種側向移動通常沿著收集器的軸向方向快速移動；例如，通常 使用1mm/sec，至多可至數厘米/秒的速度。商業上電紡單元，如的日本MECC Co.,Ltd的Nanon系列單元，具有沿收集器的軸平行方向移動的紡絲頭(如上述的快速移動)。類似實例可見於Barakat等人的文獻(B,Barakat,N.A.M.,et al. ,Titanium-based polymeric electrospun nanofiber mats as a novel organic semiconductor,Materials Science and Engineering.Vol.177,Issue 1,25 January 2012,Pages 34-422012)。然而，這樣的電紡單元係將各別纖維排列在一起，而不是直接紡成微管陣列膜。US 20110264235進一步提供一種高度順向且緊密排列之中空纖維組，其中纖維膜組具有大於10的寬度對纖維直徑(W/d)比，且纖維之定向不大於+/- 10°。然而，由US 20110264235的製程得到的纖維組有摺痕，且為接下來的操作，需要額外的人力以延伸它們。

因此，仍有需要發展一平坦、高品質的微管陣列(MTA)膜。

本發明之一目的係提供一種電紡設備，其包括一或多個紡絲頭，從紡絲頭設置並配置為收集纖維之旋轉收集器及一設置於或連接至紡絲頭或旋轉收集器之側向移動裝置，以推動或移動紡絲頭或旋轉收集器，其中該側向移動裝置由控制單元來控制，該控制單元提供側向移動的角速度(θ)為公式θ=TAN^-1 x/H，其中x為該裝置的平行移動速度及H為紡絲頭與旋轉收集器間的垂直高度，及其中該角速度(θ)的範圍為約1.0×10^-4 至約1.0(度/秒)。

本發明之另一目的係提供一種製備MTA膜或MTA膜基材之方法，包括提供如請求項1之電紡設備，提供電紡噴灑基質及以請求項1之電紡裝置電紡電紡噴灑基質，其中使用側向移動的角速度(θ)為公式θ=TAN^-1 x/H，其中x為該裝置的平行移動速度及H為紡絲頭與旋轉收集器間的垂直高度，及其中該角速度(θ)的範圍為約1.0×10^-4 至約1.0(度/秒)。

本發明開發一種改進的電紡系統，用於製造平坦，高品質的MTA膜。該系統提供更佳品質的膜，但可以節省時間和成本，以及由此製造的膜是平滑的且具有大小沒有限制的平坦表面，因此它受到工業操作歡迎。此外，膜中的纖維是完全密封的。另外，具有較佳電紡參數控制之新改良系統可製備三維有序的支架。

儘管本文中所使用之許多詞語、術語及標題常在傳統醫療及科學背景內使用且能理解，但下文中係提供一些術語之概要描述及定義，以及特定名稱、命名、種名或稱號之概要描述及定義。此等描述及定義係提供以幫助辨識及瞭解意欲包括於本發明之方法之範疇內之應用的真實種類及範圍。

如本文中所使用，術語「電紡」指使用流體動力學與帶電表面之間的相互作用而自溶液製造奈米大小之纖維(被稱作電紡絲纖維)的技術。一般而言，電紡纖維之形成涉及將溶液提供至與電壓源進行電通信之主體中的孔口，其中電力輔助形成精細纖維，其沈積於可接地或以其他方式處於比主體之電壓低之電壓的表面上。在電紡中，將自一或多個織針、狹槽或其他孔口所提供之聚合溶液或熔體充電至相對於收集柵格之高電壓。電力克服表面張力，且導致聚合溶液或熔體之精細噴射流移動朝向接地或帶相反電荷之收集柵格。

如本文中所使用，術語「聚合物」指且通常包括(但不限於)均聚物、共聚物(諸如，嵌段、接枝、無規及交替共聚物、三元共聚物，等等)，及其摻合物與變體。較佳地，其可包括(但不限於)聚丙交酯、聚乳酸、聚烯烴、聚丙烯腈、聚胺基甲酸酯、聚碳酸酯、聚己內酯、聚乙烯醇(PVA)、纖維素、聚葡萄胺糖耐綸(例如，耐綸6、耐綸406、耐綸6-6，等等)、聚苯乙烯、蛋白質，及其類似物，或其組合。除非另有特定限制，否則術語「聚合物」意欲包括材料之所有可能的幾何組態。此等組態包括(但不限於)等規、間規及無規對稱性。適於各聚 合物之溶劑可選自為熟習此項技術者所知之溶劑，包括(但不限於)硫酸、甲酸、氯仿、四氫呋喃、二甲基甲醯胺、水、丙酮，及其組合。

如本文中所使用，術語「奈米大小之纖維」或「奈米纖維」係指平均直徑不大於約1500奈米(nm)的極小直徑之纖維。奈米纖維通常被理解成其纖維直徑範圍為約10nm至約1500nm，更具體言之為約10nm至約1000nm，又更具體言之為約20nm至約500nm，且最具體言之為約20nm至約400nm。其他例示性範圍包括約50nm至約500nm、約100nm至500nm，或約40nm至約200nm。在存在微粒且其非均勻地分佈於奈米纖維上的情況下，可使用已知技術(例如，與電子顯微法耦合之影像分析工具)來量測奈米纖維之平均直徑，但排除因存在額外粒子而相對於纖維之無粒子部分實質上增大的纖維之部分。

如本文中所使用，術語「定向纖維」指特定結構或陣列中之實質上所有纖維皆經配置成在縱向方向上彼此平行(「單向定向」)或在定義明確之三維網路中彼此平行(「三維定向」)。換言之，該等纖維相對於彼此在空間上並非無規地配置。在大多數情況下，本文中所描述之纖維在相對於支撐基板表面之大體上垂直方向上生長，且存在個別纖維絲束之最小(若有的話)分支。

如本文中所使用，術語「單一材料層」或「單層材料」指代由厚度可變化之單一層構成的材料。

如本文中所使用，術語「複數個層」或「多層材料」指代單層材料之「堆疊」。

在一方面，本發明提供一種電紡設備，其包括一或多個紡絲頭，從紡絲頭設置並配置為收集纖維之旋轉收集器及一設置於或連接至紡絲頭或旋轉收集器之側向移動裝置，以推動或移動紡絲頭或旋轉收集器，其中該側向移動裝置由控制單元來控制，該控制單元提供範圍自約2至約50微米/秒之平行移動速度。

在一方面，本發明提供一種電紡設備，其包括一或多個紡絲頭，從紡絲頭設置並配置為收集纖維之旋轉收集器及一設置於或連接至紡絲頭或旋轉收集器之側向移動裝置，以推動或移動紡絲頭或旋轉收集器，其中該側向移動裝置由控制單元來控制，該控制單元提供側向移動的角速度(θ)為公式θ=TAN^-1 x/H，其中x為該裝置的平行移動速度及H為紡絲頭與旋轉收集器間的垂直高度，及其中該角速度(θ)的範圍為約1.0×10^-4 至約1.0(度/秒)。較佳地，該角速度(θ)為約1.0×10^-4 至約0.6(度/秒)或約1.89×10^-4 至約0.573(度/秒)。更佳地，該角速度(θ)為約0.01至約0.1(度/秒)，約0.01至約0.08(度/秒)，約0.02至約0.072(度/秒)，約0.02至約0.06(度/秒)，約0.035至0.055(度/秒)或約0.046至0.068(度/秒)。較佳地，該"x"為約2至約50微米/秒的範圍內。更佳地，該"x"為約6至約45微米/秒，約6至約40微米/秒，約6至約35微米/秒，約6至約30微米/秒，約6至約25微米/秒，約6至約20微米/秒，約8至約45微米/秒，約8至約40微米/秒，約8至約35微米/秒，約8至約30微米/秒，約8至約25微米/秒或約8至約20微米/秒；更佳地，約8至約20微米/秒。較佳地，高度是約1厘米至30厘米的範圍內。更佳地，H是約2厘米至約20厘米，約2厘米至約15厘米，約2厘米至約10厘米，約5厘米至約20厘米，約5厘米至約15厘米，長約3厘米至約15厘米，約3厘米至約10厘米或約10厘米至約20厘米；進一步更佳為約3厘米至7厘米。

21‧‧‧電紡設備

22‧‧‧紡絲頭

24‧‧‧纖維

26‧‧‧旋轉收集器

28‧‧‧側向移動裝置

30‧‧‧控制單元

32‧‧‧儲存供給

34‧‧‧電噴灑介質

36‧‧‧高電壓源

圖1顯示根據本發明之具體實施例的電紡裝置的示意圖。圖1(a)顯示側向移動裝置連接到紡絲頭；及圖1(b)顯示側向移動裝置連接至旋轉收集器。

圖2顯示採用本發明之側向移動形成MTA膜的製程(○ ：進入纖維(incoming force)(剖視圖)；●：已定位纖維(landed fiber)(剖視圖)；↓ 纖維線的應力(fiber line stress)(中心)；纖維進入力(fiber incoming force)；：靜電引力(electrostatic attraction force)。

圖3(a)顯示平坦的MTA膜。圖3(b)顯示以不具側向移動的電紡製程得到的樣品。

圖4顯示聚-L-乳酸(PLLA)-MTA膜。

圖5顯示三層結構的PLLA-MTA膜。

圖6顯出三維刷狀MTA膜基材。

圖7(a)顯示淡灰白色的膜以及圖7(b)顯示PLLA-MTA膜的掃描型電子顯微鏡(SEM)圖像。

圖8(a)顯示聚碳酸酯/氨甲硼烷(PC/AB)微複合物MTA膜之表面視圖的SEM圖像。圖8(b)顯示PC/AB微複合物MTA膜之側視圖的SEM圖。圖8(c)顯示PC/AB微複合物MTA膜被撕裂後之側視圖的SEM圖像。

圖9(a)及(b)顯示多孔PLLA-MTA膜之表面視圖的SEM圖像。圖9(c)顯示多孔PLLA-MTA膜之側視圖的SEM圖像。

圖10顯示以4',6-二脒-2-苯基吲哚(DAPI)處理的樣品之光學(左)和相應的螢光圖像(右)。

參照附圖，其中視圖中相同的標號表示相同或相應的部分，並且特定言之為圖1。圖1是根據本發明之一具體實施例的電紡設備的示意圖，其中紡絲頭22電紡組成纖維之物質以形成纖維24(剖視圖)。紡絲頭較佳為同軸紡絲頭。電紡設備21包括從紡絲頭設置並配置以收集纖維24之旋轉收集器26。電紡裝置21包括連接至紡絲頭22之側向移動裝置28且由控制單元30控制(參圖1(a))。在另一具體實施例，側向移動裝置28連接至旋轉收集器26且由控制單元30控制(參圖1(b))。在另一具體實施例，側向運動裝置28設置於噴絲頭22或旋轉收集器26上。

控制單元30是提供公式為θ=TAN^-1 x/H的側向運動角速度(θ)，其中"x"為側向移動裝置28的平行移動速度(較佳為約2至約50微米/秒之範圍)，及"H"為紡絲頭22與旋轉收集器26間的垂直高度(較佳範圍為約1至約30厘米)，並且其中所述的角速度(θ)之範圍為約1.0×10^-4 至約1.0(度/秒)。在一具體實施例中，控制單元30被設置在側向移動裝置28上。在另一具體實施例，控制單元30被設定於電腦中。如將在後面討論，通過提供上述的側向運動，平坦及二維(2維)的微管陣列膜(MTAM)可藉本發明裝置而製造且該膜更適合於工業。此外，三維(3維)結構的MTAM基材也可以在控制方式下製造。

紡絲頭22連通至包含電噴灑介質34之儲存供給32。本發明的電噴灑介質包括聚合物溶液及/或本領域中已知的纖維擠壓熔融物，包括奈米纖維材料的擠壓物。聚合物之實例包括(但不限於)：環氧乙烷；聚氧化乙烯(PEO)；乙二醇；聚乙二醇(PEG)；聚(乳酸)(PLA)；聚(乙醇酸)(PGA)；聚(氧化乙烯)(PEO)；耐綸；聚酯；聚醯胺；聚(醯胺酸)；聚醯亞胺；聚醚；聚酮；聚胺基甲酸酯；聚己內酯；聚丙烯腈；芳族聚醯胺；共軛聚合物，諸如，電致發光聚合物；聚(2-甲氧基，5乙基(2'己氧基)對伸苯基伸乙烯基)(MEH-PPV)；聚苯乙烯基；聚伸芳基-伸乙烯基；聚伸噻吩幷基-伸乙烯基；聚吡咯幷-伸乙烯基；聚伸雜芳基-伸乙烯基；聚苯胺；聚苯；聚伸芳基；聚噻吩；聚吡咯；聚伸雜芳基；聚苯-伸乙炔基；聚伸芳基-伸乙炔基；聚噻吩幷-伸乙炔基；聚伸雜芳基-伸乙炔基；及其混合物。

在可用於製備在醫療應用具有效用之中空纖維的本發明之一實施例中，聚合物為生物可降解及/或生物可吸收聚合物，其含有選自由乙交酯、丙交酯、二氧環己酮、己內酯及碳酸三亞甲酯組成之群組的單體。短語「含有單體」意欲指代自指定單體製造或含有指定單體單元之聚合物。聚合物可為均聚物、無規或嵌段共聚物，或含有此等 單體之任何組合的雜聚合物。材料可為無規共聚物、嵌段共聚物，或含有此等單體之均聚物、共聚物及/或雜聚合物的摻合物。在一實施例中，生物可降解及/或生物可吸收聚合物含有生物可吸收及生物可降解直鏈脂族聚酯，諸如，聚乙交酯(PGA)及其無規共聚物聚(乙交酯-共-丙交酯)(PGA-共-PLA)。食品與藥物管理局(Food and Drug Administration)已核准將此等聚合物用於外科應用(包括用於組織構築之醫療縫合及架構)。此等合成可吸收材料之優點為其藉由在含水環境(諸如，體液)中酯主鏈之簡單水解的可降解性。降解產物最終代謝成二氧化碳及水，或可經由腎臟排泄。此等聚合物極不同於纖維素基材料，纖維素基材料不能由人體吸收。合適生物相容性聚合物之其他實例為聚甲基丙烯酸羥烷基酯(包括甲基丙烯酸乙酯)，及水凝膠(諸如，聚乙烯吡咯啶酮、聚丙烯醯胺，等等)。其他合適生物可吸收材料為生物聚合物，其包括膠原蛋白、明膠、褐藻酸、甲殼素、聚葡萄胺糖、纖維蛋白、玻尿酸、聚葡萄糖及聚胺基酸。根據本發明，預期使用上述實例之任何組合、共聚物、聚合物或其摻合物。可藉由已知方法來製備此等生物可吸收材料。特別可用之生物可降解聚合物包括聚-丙交酯、聚-乙交酯、聚己內酯、聚二噁烷，及其無規及嵌段共聚物。特定聚合物之實例包括聚D,L-丙交脂及聚丙交酯-共-乙交酯。

電噴灑介質一旦從紡絲頭22擠壓出時，即被引導沿著朝向旋轉收集器26之電場的方向。一幫浦(未示出)維持電噴灑物質至紡絲頭22之在一所欲值的流速，該值取決於毛細管直徑及紡絲頭22的直徑，且取決於電噴灑物質的粘度。較佳地，過濾器可被用來過濾掉不純物及/或具有比紡絲頭22的預定尺寸內徑大的顆粒。通過紡絲頭22的流速應與電場之電場強度平衡，使離開紡絲頭22尖端的液滴形狀保持恆定。

同時，一旦擠壓出紡絲頭22，側向運動裝置28以平行移動推動 或驅動紡絲頭22或旋轉收集器26，及控制單元30控制側向運動裝置28並提供公式為θ=TAN^-1 x/H的側向運動角速度(θ)，其中"x"為該裝置的平行移動速度，及"H"為紡絲頭22與旋轉收集器26間的垂直高度。本領域中已知的電紡過程中，來自紡絲頭的進入纖維沉積在先前降落於收集器上的纖維，當沉積的纖維數目增加，由於作用在此等纖維上的力，它們會向一側或另一側彎曲。最後，他們會結構傾倒而結束堆疊。與此相反，本發明藉由使用側向移動，來自紡絲頭的進入纖維以本發明角速度與在"x"軸方向上的位移被沉積並相鄰於前面降落的一個纖維。當沉積的纖維數目增加，他們傾向往"x"軸方向，並最終平坦落於收集器表面形成連續連接的纖維結構(參照圖2)。

提供一高電壓源36以維持紡絲頭在一高電壓。旋轉收集器28較佳放置於距離紡絲頭22尖端較佳為1~30厘米遠的位置。旋轉的收集器28可為一板或屏幕。通常情況下，高電壓源36建立電場強度為約2,000至400,000 V/m之間(較佳為0.5 kV/cm至3 kV/cm)。高電壓源36較佳為直流電源，例如，Bertan Model 105-20R(Betan,Valhalla,N.Y.)或Gamma High Voltage Research Model ES30P(Gamma High Voltage Research Inc.,Ormond Beach,Fla.)。通常情況下，經電紡由紡絲頭22所製造的纖維24被電場定向而朝向收集器26。

據此，本發明提供一種方法，使用本發明的裝置以製備MTA膜或MTA膜基材。較佳地，本發明提供一種用於製備MTA膜或MTA膜基材之方法，包括：提供具一或多個紡絲頭及收集器的電紡設備，提供一電噴灑介質及以本發明電紡設備電紡該電噴灑介質，其中側向移動的角速度(θ)為公式θ=TAN^-1 x/H，其中x為該裝置的平行移動速度及H為紡絲頭與旋轉收集器間的垂直高度，及其中該角速度(θ)的範圍為約1.0×10^-4 至約1.0(度/秒)。本發明之電紡設備之具體實施例、電噴灑介質、角速度(θ)、平行移動速度及紡絲頭與旋轉收集器間的垂直高 度係如上述之具體實施例所示。

據此，本發明亦提供了一種由本發明電紡設備製造之微管陣列膜，其為2維或3維結構。根據本發明所製備的2維(2-D)或3維(3-D)MTA膜中的纖維是實心的或空心的。纖維直徑不是本發明之必要特徵。纖維組中之纖維的平均內徑為約1至約100μm(微米)。更佳地，平均粒徑為約10微米至約50微米或約15微米至約25微米。最佳地，平均直徑為約20+/- 2微米。纖維的平均壁厚為約0.1至約10微米。更佳地，平均壁厚為約1至約5微米。最佳地，平均壁厚為約3微米。

由本發明裝置製成的2-D或3-D MTA膜可用於各種應用中。舉例而言，實心纖維組可用作實心載體或絕緣材料。中空纖維組可用於生物技術中。對於包括醫療組織工程(諸如，架構、神經導引管道及血管導管)及過濾單元之不同應用，可以各種形狀來製備本發明之超高順向與緊密排列之中空纖維組。舉例而言，可將本發明之超高順向與緊密排列之中空纖維組捲成具有管中管(tube-in-tube)結構之導管，其可用作神經導引管道。另外，可將纖維組堆疊以形成過濾膜。

在一實施例中，本發明之用作醫療器件/架構的本發明之2-D或3-D MTA膜可原位用細胞接種，藉以使細胞懸浮於架構中且暴露至以3-D形式之適當分子嵌入物。此等細胞接種之中空纖維組可用於組織替換協定中。根據此實施例，可試管內復原組織，且接著將組織植入至其在危難中之宿主中。可用的細胞包括神經細胞、上皮細胞、內皮細胞、纖維母細胞、肌母細胞、軟骨母細胞、骨母細胞及神經幹細胞。可用於本發明之方法及纖維組中的其他細胞包括神經鞘(Schwann)細胞(WO 92/03536)、星形膠質細胞、寡樹突神經膠質細胞及其前驅體、腎上腺嗜鉻細胞，及其類似物。

在另一實施例中，本發明之2-D或3-D MTA膜可形成用於過濾之微過濾膜的多孔膜，更特定言之，中空纖維形式之多孔水過濾膜。

綜上所述，本發明的2-D或3-D MTA膜可以用在各種領域，如血液透析，組織工程支架的神經導管，血管移植物，毛髮再生的支架，微透析技術，在生物技術領域的生物反應器，用於藥物篩選之中空纖維，基因晶片模組，生物醫藥領域的應用，水過濾，化學工程工業的廢氣處理，碳捕獲和儲存，燃料電池的清儲存/攜帶裝備及分析領域的微萃取。

實例1 本發明平坦MTA膜之製備與對照的皺摺MTA膜之製備

同軸電紡係使用修飾過的收集單元。電紡使用以下參數進行：PLLA溶液(17% wt/%於二氯甲烷/二甲基甲酰胺(DCM/DMF(9：1)溶液)及10% wt% PEO/PEG(1：1)的水溶液作為殼和核心紡絲液並藉注射器遞送，施用2.5kV/cm的靜電場，各以5ml/hr的速率泵入。收集單元用於收集電紡纖維，係在200rpm(2.1m/sec)之旋轉速度及每秒0.095度(°/秒)之側向角移動下收集。收集10分鐘後，收集到尺寸為5×30cm² 之平坦、初紡膜，如圖3(a)所示。圖3(b)為在相同的操作條件下，但沒有側向移運動之樣品，此初紡具皺摺的樣品可以由右至左仔細地擴展成薄膜，如圖3(b)所示。

實例2 以不同條件製備之平坦MTA膜

以下列參數進行同軸電紡：用於電紡之兩種不同的溶液為PLLA溶液(17wt% in DCM/DMF(7：3)溶液)及10wt% PEO/PEG(1：1)水溶液。PLLA溶液之製備如下：將PLLA溶解於7：3(體積比)的濃度為17% wt%的DCM和DMF混合物。殼紡絲液(PLLA溶液)與核心溶液(PEO/PEG溶液)分別以速率為5毫升/小時和6毫升/小時的速率以注射器幫浦遞送，施加的靜電場為2.5kV/cm。以線速度為1.09/m/sec及0.115°/sec的側角移動的條件下使用旋轉收集器收集電紡纖維。收集10分鐘後，收集到尺寸為4.9×40cm² 的平坦、初紡膜，如圖4所示。

實例3 3維MTAM結構之製備

以實施例2中的相同電紡條件進行實例3，除了以2厘米的全範圍的側向移動(15microns/sec)及向前，向後和向前模式導入系統，使得平坦MTAM可以數種方式沉積，如一層一層，最多為10個或更多層，如圖5所示之沉積三層的MTAM。

實例4 刷狀之3維MTAM基材之製備

與實施例3相同，但以"動、停、動"的模式循環進行移動。所得MTAM為3維刷狀結構，如圖6所示。

實例5 聚碳酸酯(polycarbonate，PC)-MTAM之製備

11wt%的聚碳酸酯(PC)於DCM溶液係製備作為殼紡絲液，而10% PEO/PEG(1：1)的水溶液作為核心紡絲液，並分別以2.3和4.5毫升/小時的速率遞送至同軸紡絲頭。以如下所述的參數進行電紡製程：施加的靜電場強度為1.5kV/cm，及在控制於25℃的溫度及75%的溼度的環境下以1.3m/sec的速度及每秒0.029度(°/sec)之側向角運動收集纖維。收集五分鐘後，收集到大小為1.1 x 30cm² 的灰白色膜，如圖7(a)所示。其SEM圖像如圖7(b)所示，其中可清楚看到所形成微管陣列的典型結構。

實例6 聚碳酸酯/氨硼烷(PC/AB)微複合MTAM之製備

11wt%的聚碳酸酯/氨甲硼烷(PC/AB(80/20))於DCM溶液製備成外殼的紡絲液，而10wt%PEO/PEG(1：1)水溶液作為核心紡絲液，並分別以2.3和4.5毫升/小時的速率遞送至同軸紡絲頭。以如實例5中的相同方式進行電紡製程。收集五分鐘後，收集到大小為1 x 30cm² 的灰白色膜。其SEM圖像如圖8(a)及(b)所示，其中可清楚看到所形成微管陣列的典型結構。圖8(c)為PC-MTA被撕裂後，可見到MTAM管腔內的AB結晶。

實例7 醋酸纖維素(cellulose acetate)MTAM之製備

10wt%的醋酸纖維素(CA)於DCM/DMF(9：1)的溶液製備為外殼 紡絲液，而10 wt%的PEO/PEO(1：1)的水溶液用於作為核心紡絲液，外殼紡絲液和核心紡絲液分別以5毫升/小時與5毫升/小時的速率遞送至同軸紡絲頭。以下列操作參數進行電紡製程：施加的靜電場強度為1.8 kV/cm，及在控制於25℃的溫度及75%的溼度的環境下以1.9 m/sec的速度收集纖維。收集六分鐘後，收集到大小為2.5 x 24 cm² 的灰白色膜。其SEM圖像可清楚看到所形成微管陣列的典型結構。

實例8 多孔PLLA-MTAM之製備

如實例1的相同的材料和操作條件進行本製程，只有一個例外，即以PLLA/PEG(60：40)於DCM/DMF溶液替代PLLA溶液。以0.9°/sec之側(y方向)移動，2.5 m/sec的快速收集速度進行。收集7分鐘後，所得膜大約2×30 cm² 。清洗移除PEO成分後，得到多孔PLLA-MTAM。圖9(a)及(b)為多孔PLLA-MTAM表面之SEM圖像，而圖9(c)為多孔PLLA MTAM的側視之SEM圖像。

實例9 製備經細胞接種之多孔PLLA-MTAM

在原聚合物(PEO/PEG，1：1)4 wt%水溶液上，將PC-12細胞添加於核心水溶液(核心紡絲液)，而10 wt% PLLA/PEG(70：30)於DCM/DMF(9：1)用於外殼紡絲液。以0.7 kV/cm之電場強度，核心紡絲液與外殼紡絲液分別以3 ml/hr與4 ml/hr的流速進行電紡。以0.89°/s的側(y方向)向移動，使用1.1 m/sec之收集速度收集。收集3分鐘後，得到約1厘米×30厘米的膜。得到完全伸展模式的經細胞接種之初紡PLLA-MTAM。圖10顯示所得到的樣品用4'，6-二脒-2-苯基吲哚(DAPI)處理的光學和相應的螢光。

21‧‧‧電紡設備

22‧‧‧紡絲頭

24‧‧‧纖維

26‧‧‧旋轉收集器

28‧‧‧側向移動裝置

30‧‧‧控制單元

32‧‧‧儲存供給

34‧‧‧電噴灑介質

36‧‧‧高電壓源

Claims (19)

1. 一種電紡設備，其包括一或多個紡絲頭，從紡絲頭設置並配置為收集纖維之旋轉收集器及一設置於或連接至紡絲頭或旋轉收集器之側向移動裝置，以推動或移動紡絲頭或旋轉收集器，其中該側向移動裝置由控制單元來控制，該控制單元提供側向移動的角速度(θ)為公式θ=TAN^-1 x/H，其中x為該裝置的平行移動速度及H為紡絲頭與旋轉收集器間的垂直高度，及其中該裝置的平行移動速度為約2至約50微米/秒的範圍，該紡絲頭與旋轉收集器間的垂直高度為約1cm至約30cm，及該角速度(θ)的範圍為約1.0×10^-4 至約1.0(度/秒)。
2. 如請求項1之電紡設備，其中該紡絲頭為同軸紡絲頭。
3. 如請求項1之電紡設備，其中該側向移動裝置係設置於紡絲頭上。
4. 如請求項1之電紡設備，其中該側向移動裝置係連接於紡絲頭。
5. 如請求項1之電紡設備，其中該控制單元係設定於電腦。
6. 如請求項1之電紡設備，其中該角速度(θ)的範圍為約1.0×10^-4 至約0.6(度/秒)。
7. 如請求項1之電紡設備，其中該角速度(θ)的範圍為約1.89×10^-4 至約0.573(度/秒)。
8. 如請求項1之電紡設備，其中該角速度(θ)的範圍為約0.01至約0.1(度/秒)。
9. 如請求項1之電紡設備，其中該裝置之平行移動速度為約6至約30微米/秒的範圍。
10. 如請求項1之電紡設備，其中該裝置之平行移動速度為約8至約 20微米/秒的範圍。
11. 如請求項1之電紡設備，其中該紡絲頭與旋轉收集器間的垂直高度為約2cm至約20cm。
12. 如請求項1之電紡設備，其中該紡絲頭與旋轉收集器間的垂直高度為約3cm至約7cm。
13. 一種如請求項1之電紡裝置製得之微管陣列膜，其為2-維或3-維結構。
14. 一種製備MTA膜或MTA膜基材之方法，包括提供如請求項1之電紡設備，提供電紡噴灑基質及以請求項1之電紡裝置電紡電紡噴灑基質，其中使用側向移動的角速度(θ)為公式θ=TAN^-1 x/H，其中x為該裝置的平行移動速度及H為紡絲頭與旋轉收集器間的垂直高度，及其中該裝置的平行移動速度為約2至約50微米/秒的範圍，該紡絲頭與旋轉收集器間的垂直高度為約1cm至約30cm，及該角速度(θ)的範圍為約1.0×10^-4 至約1.0(度/秒)。
15. 如請求項14之方法，其中該角速度(θ)的範圍為約1.0×10^-4 至約0.6(度/秒)。
16. 如請求項14之方法，其中該角速度(θ)的範圍為約1.89×10^-4 至約0.573(度/秒)。
17. 如請求項14之方法，其中該角速度(θ)的範圍為約0.01至約0.1(度/秒)。
18. 如請求項14之方法，其中該紡絲頭與旋轉收集器間的垂直高度為約2cm至約20cm。
19. 如請求項14之方法，其中該紡絲頭與旋轉收集器間的垂直高度為約3cm至約7cm。