微纳米纤维支架由于结构跟细胞外基质十分相似而被广泛应用于组织工程领域,多孔结构的引入能进一步提高其比表面积而促进细胞粘附与增殖,多尺度结构的引入使得细胞更容易向支架内部长入,有助于组织重建修复。目前主要通过静电纺丝法在纤维表面构建多孔和多尺度结构,但静电纺丝法也存在着一些问题,如需要高压静电、对纺丝液极性有要求以及生产效率较低等。离心纺丝法作为一种制备微纳米纤维的新方法,能较好地规避这些问题,在近些年逐渐受到科研人员的青睐。因此本课题开发了一台能快速制备多尺度多孔微纳米纤维的离心纺丝装置,并以可降解高聚物PCL为原料对其纺丝工艺参数进行了初步探究,同时对比了三种成膜方式(离心纺丝法、静电纺丝法和流延成膜法)对PCL膜结构与性能的影响,旨在为离心纺丝技术在组织工程领域的应用提供一定参考。本文的主要研究内容和结论如下:(1)离心纺丝装置的设计与搭建。利用模块化的思想对离心纺丝装置进行拆分与解构,按各部件的不同功能主要分为转速控制模块、储液模块、纺丝模块、气流场模块和收集模块。按预期目标对各模块进行设计与搭建,通过转速控制模块的调节可实现对纺丝转速的精准控制,储液模块和纺丝模块的配合可将出丝口设计为喷丝狭缝,从而实现纤维多尺度结构的构建,纺丝环境中气流场的引入可实现纤维多孔结构的构建,最终达到多尺度多孔微纳米纤维高效制备的目标。(2)离心纺丝工艺参数(纺丝液溶剂配比、纺丝液浓度、纺丝转速、是否引入气流场)的探究。通过SEM对所纺PCL纤维的形貌和直径分布进行表征,并使用Image-J和Origin软件对数据进行处理。当纺丝溶剂配比DCM:DMF=1:0时,所纺纤维具有明显的多孔结构,随着溶剂中DMF含量的上升,纤维平均直径会逐渐减小,多孔结构逐渐转化为较浅的褶皱直至消失,说明可通过调节纺丝溶剂中DCM和DMF的比例来实现对纤维表面多孔结构的调控。纺丝液的浓度会影响射流被拉伸的难易程度,在一定的浓度范围内,纤维的平均直径随纺丝液浓度的增大而增大。纺丝转速会影响离心力的大小,在一定的转速范围内,纤维的平均直径随纺丝转速的增大而减小。气流场的引入会加速纺丝溶剂的挥发,诱导射流发生热致相分离而形成多孔结构,而未引入气流场时纺出的纤维表面为沟槽结构。(3)三种PCL膜(离心纺膜、静电纺膜、流延膜)结构与性能的探究。SEM、AFM以及接触角结果表明离心纺纤维上有明显的多孔结构,静电纺纤维表面仅有较浅的褶皱,流延膜表面存在大量数微米至数十微米的孔,对比单根纤维的表面粗糙度,离心纺纤维大于静电纺纤维,但离心纺纤维膜表面的总体粗糙度小于静电纺膜,使得其接触角也小于静电纺膜。TGA和DSC结果表明离心纺膜的热分解温度要比静电纺膜和流延膜低,离心纺膜的PCL结晶度最小,流延膜最大。综上所述,本课题设计并搭建的离心纺丝装置能够成功制备出具有明显多尺度和多孔结构的PCL纤维,这将为离心纺丝技术在组织工程领域的应用提供一定的参考。