随着科学技术的发展,通过纳米技术可以加工出直径为几纳米到几百纳米的纤维,而纳米纤维可以再加工成连续的纱线,运用机织、针织、编织等纺织技术再加工,可以将纳米纤维融合到市场更广阔、更有意义的传统纺织品中,并具有更高附加值的运用。近年来,纳米纤维因其较高的比表面积和孔隙率等特点被广泛的应用于组织工程、纺织服装等领域。本文提出了一种能够连续批量化制备纳米纤维纱的气流加捻静电纺纱技术,并探讨了纳米纤维纱在组织工程中的应用。本文针对目前静电纺纳米纤维纱在加工过程中出现的纤维产量低、连续性和力学性能差等问题,设计了一种双重共轭静电纺丝系统,并结合数值模拟与实验,研究了该实验装置的成纱机理,实现了纳米纤维纱的取向可控、连续规模化制备。通过对所纺纳米纤维纱进行形貌观察和力学性能测试,分析了四喷头静电纺成纱原理、过程及电压和金属喇叭转速等成纱工艺参数对纳米纤维纱直径以及力学性能的影响,确定了四喷头静电纺成纱的最佳工艺参数。结果表明,电压18kV,正负喷头间距离17.5cm,溶液总流量为3.2ml/h,正、负极流量比为5:3时,所制备的纳米纤维纱捻度均匀并具有良好的连续性。此外,还发现随着喇叭转速的变大,纳米纤维纱捻度也随之增加,其强度和伸长率均亦增大。加捻方式是影响成纱质量的重要参数之一。在传统的机械加捻中,纳米纤维强度弱而表面作用大,机件与纤维的直接接触会造成纤维损伤,而直接影响纱线的条干均匀度和成纱质量。然而,气流加捻不仅可以避免这种情况,还具有成本低、速度高和环保等优势。为了获得捻度均匀、取向排列的纳米纤维纱,本文在双重共轭静电纺纱装置的基础上,提出了一种新的气流加捻纺纱方法,设计了一种通过三维高速气流对纳米纤维束进行加捻的喷嘴加捻器,获得了捻度均匀的纳米纤维纱。结果显示,气流在喷嘴内形成规律的三维高速旋转气流,速度随压力的增加而增大,压力近似呈轴对称分布,且大部分为负压,在喷射孔入口处压力最大,喷射孔出口处压力迅速减为最小。随着喷射压力增加,纱线的捻度增大,断裂强度和断裂伸长也随之增大。捻回角在喷射气压为4×105 pa时达到最大值73.9°。由此可见,所设计的三维高速气流加捻双重共轭静电纺丝系统能够开发出符合不同质量要求的纳米纤维纱。生物体内主要组织如骨骼、血管、肌腱等均存在有序取向的纳米纤维结构,而纳米纤维纱中纤维的取向排列结构与其是极为相似的,这使得静电纺纳纤维纱在仿生构建相关的组织工程支架上具有特殊优势。因此,本文制备了纳米纤维织物并应用于骨组织工程,首先利用共轭静电纺丝技术纺制聚乳酸/柞蚕丝素(PLA/TSF)纳米纤维纱并编织成多层织物,然后通过模拟体液(SBF)仿生矿化构建具有分级结构的仿生骨组织工程支架材料。结果表明,添加TSF能够诱导羟基磷灰石矿物晶体(HA)在PLA纳米纤维表面成核和定向生长;与未矿化的纳米纤维织物或者纤维毡相比,矿化后的多层纳米纤维织物力学性能得到显著改善,压缩模量和强度分别增加了32.8倍和3.0倍。PLA/TSF纳米纤维织物骨仿生材料显示了良好的血液相容性。生物学实验表明,矿化后的纳米织物骨仿生复合材料显示优良细胞相容性,能够促进细胞的增殖和粘附,并加速骨髓间充质干细胞向成骨细胞的分化。此外,纳米纤维织物这种三维有序分级结构能够提供更好的生物仿生环境,有利于成骨活性的表达。由此可见,所制备的纳米纤维织物有望成为骨组织工程中的新型骨修复材料。此外,本文还研究了纳米纤维纱在血管组织工程中的应用。为了更真实的仿生天然血管的结构和组成,基于气流加捻静电纺丝技术纺制了以尼龙丝为芯丝,PLCL/TSF为芯层、PCL/TSF为皮层的纳米纤维包芯纱,通过抽取尼龙芯丝,获得具有管状结构的小微口径血管组织工程支架。结果显示,PLCL/PCL/TSF纳米纤维支架具有紧密的双层结构,内径为700nm,外径为1.1μm,而且显示了良好的力学性能,其拉伸强度、爆破压力分别为7±0.26Mpa、14590±254mmHg。细胞实验结果显示,经过等离子体处理接枝TSF后加速了平滑肌细胞和内皮细胞的粘附和增殖,显示了更高的细胞活性。由此可见,这种高度仿生的双层小微口径纳米纤维管状支架是一种优秀的人体血管替代材料。