[发明专利]一种简易高效制备定向纳米纤维的静电纺丝装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种简易高效制备定向纳米纤维的静电纺丝装置，所属技术领域为静电纺丝。

背景技术

静电纺丝技术是当前高分子材料和纳米技术研究领域的一个新热点。其中，定向排列的纳米纤维静电纺丝技术在组织工程、药物缓释、仿生材料、传感器和微电子器件等各个领域都有着广泛的应用（龙云泽等，青岛大学学报（自然科学版），2008;21（2）：92－99）。特别是在组织工程的研究中，定向排列纳米纤维在神经、肌腱等组织的修复中有着重要的应用。Yang 等将神经元细胞种植在聚乳酸定向纳米纤维上, 定向纳米纤维能引导神经元细胞沿纤维长度方向生长（Yang等，Biomaterials,2005;26:2603-2610）。Zakhem等采用定向的壳聚糖/胶原管状物修复大肠平滑肌，取得了良好的效果（Zakhem 等，Biomaterials, 2012; 33: 4810-4817）。

目前，制备定向静电纺丝纤维的方法有很多种。典型的方法主要包括: 转轴法、平行电极法、转盘法、滚筒法、导电模板法等（仰大勇等，合成纤维，2008;6：1-5），应用于不同聚合物的定向纤维纺丝，通过调节设备参数、聚合物溶液的浓度等条件可制得有序性良好的定向纺丝纤维。CN102181948A公开了一种带有两个上下平行放置的镶有金属外圈绝缘圆盘的一维有序结构的纳米纤维静电纺丝装置，CN101363137A公开了开放滚筒式的定向排列纳米纤维静电纺丝装置，都能取得有序定向排列的纤维。但目前的定向纳米纤维纺丝装置多采用旋转式的收集器，结构复杂，效率较低，收集得到的纳米纤维易粘结，而且无法同时得到多个结构相似的样品，对于其应用研究有很大的困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种简单高效的定向纳米纤维静电纺丝装置，用于各种生物友好聚合物溶液的纺丝，能一次性收集多个样品，制备的定向纺丝纤维膜可广泛用于组织工程的研究和应用。

如说明书附图1所示，实现本发明的技术方案如下：装置主要包括一个能产生0-30 kV直流高压的静电发生器（1）；一个带有金属针头的注射针管（3），针管的容量约为1-10 ml，可根据聚合物溶液量调节；一个底部联通的平行格栅收集器（2），半径在15-35 cm之间，高度约在2-5 cm之间，格栅的宽度约在1-3 cm之间，此收集器可一次性收集数十到数百个定向纳米纤维的试样。装置中，针管与收集器分别采用绝缘体（4）、（5）固定在同一水平面上，针管以一定转速（30-120转/分）作水平旋转，其速度由直流调速器（8）和直流驱动电机（9）控制，采用直流电机可避免产生电场分布，提高纤维的定向排列度。高压静电发生器的正极通过针管固定盘下的铜片（6）、电刷（7）与针管的针头连接，负极与收集器连接。高压静电发生器产生的高压静电驱动聚合物纺丝液形成纳米纤维，以及针管圆周运动产生的离心力，驱使纳米纤维贴附在接地的平行格栅收集器上，从而得到定向排列的纳米纤维膜。除高压静电发生器和直流调速器外，其它设备均放置在绝缘隔断（10）中，避免外界电场和空气流动等的干扰。

本发明装置的主要优点是结构简单、灵活，利用平行格栅收集器可一次性收集多个样品，通过调节格栅的尺寸、静电电压、针管转速等参数，可适用于不同聚合物溶液的定向纳米纤维纺丝，制得的定向纳米纤维有序性好，并可通过调节纺丝时间得到不同厚度的定向纳米纤维膜。

附图说明

图1：定向纺丝装置示意图。其中1.高压静电发生器 2.收集器 3.针管 4.针管绝缘固定盘 5.收集器绝缘支撑 6.铜片7.电刷 8.直流调速器 9.驱动电机10.绝缘隔断。

图2：本发明装置得到的定向纳米纤维膜扫描电镜图。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实现方式并不局限于此。

如说明书附图1所示，装置包括一个能产生0-30 kV的高压静电发生器装置；一个带有金属针头的3 ml注射针管；一个底部联通的钢制平行格栅收集器，半径为25 cm，格栅高度为3 cm，宽度为2 cm，此收集器可一次性收集约60个试样。装置中，针管与收集器分别采用绝缘体固定在同一水平面上，针管旋转速度由一个0-14 V的直流调速器和直流驱动电机控制。高压静电发生器的正极通过针管固定盘下的铜片和电刷与针管的金属针头连接，负极用铜导线与收集器连接。除高压静电发生器和直流调速器外，其它设备均放置在绝缘隔断中，避免外界电场和空气流动等的干扰。称取0.7 g壳聚糖粉末，加入10 ml三氟乙酸，在70 ℃回流条件下，溶解壳聚糖。称取1.2 g聚己内酯，常温下溶解于10 ml三氟乙醇中。分别取1 g壳聚糖的三氟乙酸溶液和1.5 g聚己内酯的三氟乙醇溶液，混合均匀后，加入到3 ml的针管中，针管以60转/分作水平旋转，通以15 kV的高压静电，纺丝10 min可得到定向纳米纤维膜。定向纳米纤维膜的微观形貌见说明书附图2。