[发明专利]用于生产由具有同轴结构的纤维所构成的纳米纤维及微纤维材料的喷丝头

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于生产纳米纤维或微纤维材料的装置，该装置包括连接至高压电源电位点中之一的喷丝电极，该电极由导电组件及非导电组件组成，两种不同的喷丝混合物通过两个单独分配通道被送入导电组件及非导电组件中，该通道连接至两个各自的配比装置，该混合物中之一形成纤维的纵向核，而该混合物中的另一者形成纤维的纵向壳，另外，环绕该喷头的气流通过该喷头。

背景技术

用于生产纳米纤维或微纤维材料的静电喷丝的方法基于利用连接至相反电位点的两个电极。在基本配置中，该电极中之一起到按比例配制聚合物溶液以及使该溶液成形为具有较小曲率半径的弯曲形状的作用。由于强电场引发的力的作用，可形成所谓的泰勒锥(Taylor cone)，同时生成纤维，该纤维被静电力吸引至另一电极处，即，具有反极性且可起到俘获飞行纤维作用的相对电极。该纤维被俘获后相继在该相对电极的表面上形成连续层，该层由随机排列的小直径(大体介于十几纳米与几微米之间)纤维组成。为了能够在强电场中实际形成纤维，必需满足关于聚合物溶液本身的物理性质及化学性质以及环境影响及电极的几何形状的诸多条件。在两种不同材料在符合多个其它附加的条件下供应至调适合适的喷头的情况下，可形成同轴纤维，这意味着每个单个纤维都由同轴核(由该两种材料中之一制成)及壳(由另一不同材料制成)形成。该调适的过程被称为同轴静电喷丝或缩写为“同轴-静电喷丝”(co-electrospinning)。从上述描述中可理解的是，必需启动发源于由该混合物中之一形成的内部液滴以及由另一混合物形成的封闭外部液滴两者的泰勒锥，以便获得该同轴纤维。可通过同轴导电喷头供应两种不同混合物来实现这一点。

结合新颖的纳米纤维和微纤维材料及其应用的开发，关于这种材料的扩展形态学参数的需要在持续增加。此情况也适用于关于生成具有扩展功能的较复杂的纳米结构及微观结构的要求。在最新应用中，纤维的简化概念在于具有经修改的纳米结构或微观结构的纤维代替了具有圆形横截面的薄、长形状的纤维。该结构修改还可包括由两种不同材料构成的核和壳所形成的同轴纤维。由该同轴纤维制成的称为“核-壳纤维”的最终产品可用于现代医学应用以及其它工业应用(药物控释、纤维表面活性增加、机械性质增强、过滤效率增加等)中。示例性应用包括用于控制药物分配及释放的新材料，其中首先从纤维的壳释放第一材料，随后从纤维的核释放第二材料(反应动力学由材料的结构控制)。另外，在喷丝过程期间，不可独立喷丝或可能被损坏或遭受耐久性快速损失等其它粒子或物质，诸如病毒、细菌、晶体或类似物可封装至该外壳中。另外，该壳可充当不可降解的障壁，该障壁能够封装用于例如侦测、诊断及类似用途的有毒物质。当该材料本身不可喷丝但具有对于各别应用绝对必需且实质的功能时，该核可相反地将第二材料(即，该壳中所含的混合物)结合在核的表面上。然后，可在以获得具有中空横截面的纤维为目的的后处理过程中去除内部材料。以此方式，可形成诸如那些能够增加各别纤维材料的具体表面、能够制备微量吸液管等的纳米通道或微通道。该纤维的进一步优势在于该纤维具有增强的机械属性，材料中之一就机械性能而言更重要，并且组成用于另一材料的承载元件。以上概述的该可能应用的全部范围明显指出这种复杂的纳米纤维及微纤维材料的开发及使用的重要性将来会继续增大，且正在/将研发同轴纤维的工业生产。