便携式熔体静电纺丝装置及其在原位生物医学领域的应用研究

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纳米纤维材料具有不同于普通纤维材料的纳米尺度、比表面积大、孔径小等优良特眭,在生物医疗、储能催化、环境治理、航空航天等领域有着广阔的实际应用前景。静电纺丝法是一种基于高压静电连续生产纳米纤维的简单技术,该方法简单高效、生产成本较低、改造加工性强,是近年来纳米技术的研究热点之一。原位静电纺丝技术在充分发挥静电纺纳米纤维优良特性的基础上,结合便携式静电纺丝装置使用灵活的优势,在生物医学领域展现出广泛的应用前景和巨大的发展潜力。本论文拟利用自主设计的便携式静电纺丝装置,探索原位静电纺丝技术在生物医学方面的应用。本论文主要由以下三部分组成:(1)静电纺丝纤维由于它的高比表面积,高孔隙率和透气性等优点而作为伤口敷料引起了科研人员的广泛注意。与溶液静电纺丝相比,熔体静电纺丝过程中不使用有毒溶剂,为原位制备伤口敷料提供了可能。然而,以往报道的熔体电纺丝设备由于其必要的加热单元,通常体积庞大且笨重,并且为了避免静电干扰,各部分也是分离的。在这篇文章中,我们报告了一种自供电的手持式熔体静电纺丝敷料枪,它可以在没有任何外部电源(户外)的情况下工作。我们采用一种特殊的高传热高绝缘装置,解决了该集成装置的静电干扰问题。该设备体积小(24*6*13立方厘米),重量轻(约450克),可单手操作,简单安全。一些生物相容性聚合物,如聚己内酯(PCL),通过使用该敷料枪可成功地在伤口上沉积纤维。除了敷料外,这种手持式熔体纺丝枪还可用于3D打印和实验教学演示等领域。(2)在交变磁场的作用下,磁性纤维膜能够产生热,因而应用在磁热疗中而受到广泛关注。然而,目前还没有磁性纤维膜是通过熔体静电纺丝技术制备的。在本文中,我们采用熔体纺丝法制备了聚己内酯(PCL)/Fe3O4纤维膜,所用装置是自制的自供电便携式熔体纺丝装置。聚已酸内酯/Fe3O4复合纤维直径4-17μm,非常均匀。此外,磁性复合纤维膜具有良好的热效率和热循环特性。结果表明,自供电的便携式熔体纺丝装置和PCL/Fe3O4纤维膜可能为热疗提供一种有希望的方法。(3)对于大规模制备超细纤维,传统的溶液静电纺丝方法的最大挑战是溶剂回收问题,因为此纺丝过程中超过80%的前驱体溶液挥发到空气中。本文报道了一种环境友好的,高产率的双组分静电纺丝新方法。纺丝原料利用率可达90%以上。纤维的固化机理为反应固化,与溶液纺丝的溶剂挥发和熔体纺丝的冷却固化不同。这种双组分静电纺丝技术对开发环保型复合功能超细纤维具有一定的促进作用。
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