{首页主词},&

納米纖維的制備與改性

2016-12-01 16:44:07 作者：本網(wǎng)整理來源：何洋 SWJTU生物醫(yī)學(xué)工程分享至：

納米纖維：直徑為納米尺度而長度較大的線狀材料，此外，將納米顆粒填充到普通纖維中對其進行改性的纖維也稱為納米纖維。狹義上講，納米纖維的直徑介于1nm到100nm之間，但廣義上講，維直徑低于1000nm的纖維均稱為納米纖維。

目前制備納米纖維膜的技術(shù)有自組裝、拉伸法、相分離法、靜電紡絲、模板合成等方法。其中，靜電紡絲的實驗設(shè)備簡單、操作簡單、成本較低、工藝可控性好、適用范圍廣、纖維尺寸可控等優(yōu)點，成為制備纖維的研究熱點。

電紡絲技術(shù)（electrospinning）又稱靜電紡絲，是一種利用聚合物溶液或熔體在強電場作用下形成噴射流進行紡絲加工的工藝。

靜電紡絲體系的組成部分為：微流泵、注射器、毛細(xì)噴頭、高壓電源、接收板，典型裝置如下圖所示。其中高壓電源、噴頭裝置、接收裝置是主要組成部分。噴頭到收集板的距離一般為10-20 cm，電壓為0-50 kV。

在電紡絲過程中，噴射裝置中裝滿了充電的聚合物溶液或熔融液。在外加電場作用下，受表面張力作用而保持在噴嘴處的高分子液滴，在電場誘導(dǎo)下表面聚集電荷，受到一個與表面張力方向相反的電場力。當(dāng)電場逐漸增強時，噴嘴處的液滴由球狀被拉長為錐狀，形成所謂的泰勒錐（ Taylor cone）。而當(dāng)電場強度增加至一個臨界值時，電場力就會克服液體的表面張力，從泰勒錐中噴出。噴射流在高電場的作用下發(fā)生震蕩而不穩(wěn)，產(chǎn)生頻率極高的不規(guī)則性螺旋運動。在高速震蕩中，噴射流被迅速拉細(xì)，溶劑也迅速揮發(fā)，最終形成直徑在納米級的纖維，并以隨機的方式散落在收集裝置上，形成無紡布。

    靜電紡絲影響因素：

    ·聚合物的分子量，分子量分布和分子結(jié)構(gòu)（分支，線性等）

    ·溶液性質(zhì)（濃度，粘度，電導(dǎo)率，表面張力，液體流量等）

    ·電動勢大小

    ·毛細(xì)管和收集屏幕之間的距離

    ·環(huán)境參數(shù)（溫度，濕度和室內(nèi)空氣流速）

    ·收集裝置的運動規(guī)律

    ·噴絲口針頭形狀

    電紡纖維的特點：

    ·極大比表面積

    ·高孔隙率

    ·三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)

    ·模擬細(xì)胞外基質(zhì)結(jié)構(gòu)

    ·纖維直徑可調(diào)

    目前電紡纖維表面改性的方法：

    等離子噴涂：引入更高氧化態(tài)的碳物質(zhì)如羥基，醚和羰基，賦予纖維表面潤濕性，表面極性和生物粘附性，從而促進大分子和細(xì)胞的粘附，也可通過鍵斷裂和交聯(lián)反應(yīng)改變材料特性。缺點：不均勻，這是由于等離子體被限制地滲透到多孔靜電紡絲墊中，減少了位于支架內(nèi)部的纖維表面的改性；長等離子體處理暴露可導(dǎo)致纖維損傷如變化纖維結(jié)構(gòu)。

    多巴胺涂層：多巴胺（DA）分子含有烷基胺和兒茶酚官能團并且可以在微堿性pH條件下自聚合形成聚（多巴胺）（PDA），已經(jīng)提出將兒茶酚聚合成薄膜以兩種方式起作用，在基材表面上產(chǎn)生強的表面錨定，加上表面官能化。優(yōu)點：簡單的沉積，基底獨立，與帶硫醇和氨基的生物分子發(fā)生次級作用力。缺點：耗時間，不適用于堿敏感材料。

    Thelayer-by-layer （LbL） method層層自組裝是利用逐層交替沉積的方法，借助各層分子間的弱相互作用（如靜電引力、氫鍵、配位鍵等） , 使層與層自發(fā)地締和形成結(jié)構(gòu)完整、性能穩(wěn)定、具有某種特定功能的分子聚集體或超分子結(jié)構(gòu)的過程。優(yōu)點：容易實現(xiàn)，厚度高度可控適合任何類型的表面，不需要有機溶劑。缺點：不是化學(xué)鍵結(jié)合，多個步驟。

    表面接枝聚合法就是先通過各種手段在膜表面產(chǎn)生自由基，然后膜表面產(chǎn)生的自由基進一步與改性單體或功能基團反應(yīng)，從而達(dá)到改性的目的。自由基聚合：聚合反應(yīng)屬鏈?zhǔn)骄酆戏磻?yīng)，分為鏈引發(fā)、鏈增長、鏈終止和鏈轉(zhuǎn)移四個基元反應(yīng) 鏈轉(zhuǎn)移鏈自由基從單體、溶劑、引發(fā)劑等低分子或已形成的大分子上奪取一個原子而終止，并使這些失去原子的分子形成新的自由基。鏈終止將活性種轉(zhuǎn)移給另一分子，而原來活性種本身卻終止。