[发明专利]回转式方向性复合微纳米纤维制备装置及复合微纳米纤维的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微/纳米材料的制备领域，特别涉及到一种回转式方向性复合微纳米纤维制备装置及复合微纳米纤维的制备方法。

背景技术

微纳米纤维根据其不同的外形与功能，可以被构建成不同的纤维结构，并被广泛地应用于药物载体、生物支架、组织工程以及化学工程。在组织修复应用中，具有方向性的复合纤维支架能够促进细胞的增值与延展，对于跟腱、血管外壁、韧带以及骨骼软骨等组织的修复构建有重要作用。

静电纺丝技术是现有的较为广泛使用以及高效的微纳米生产技术之一，其主要作用机理就是通过在针管尖端形成一个高分子聚合物溶液的锥，通过施加一个高电压，利用带电粒子的静电排斥作用克服溶液表面张力，在锥上形成喷射状的微纳米纤维，这些纤维会由于电场力的牵引作用被引导并沉积在收集装置上，在掉落的过程中，高挥发性的溶剂会挥发，在收集装置上会收集到凝固的微纳米纤维。静电纺丝技术得益于其简单操作以及多功能性，得到了极其广泛与深入的探索。通过对静电纺丝过程中条件参数(工作电压，溶液流速，收集距离)的调控，能够实现对纤维形态直径长度的控制。但受限于静电纺丝的天然属性，只能在静电纺丝过程中得到较低产量的无序性纤维，对于纤维结构的有序性无法控制，并且难以满足日益增加纤维特异性以及纤维产量的需求。

鉴于静电纺丝技术的局限性，近些年来，离心电纺技术也得到了许多关注。这种技术同时结合了静电纺丝与离心纺的优点，使用离心力与电场力的双重作用来引导纤维成型。相较于静电纺丝技术，离心电纺技术能够在保持纤维方向性的基础上，在产量上得到近千倍的提升，Zander团队(NE Zander，Formation of melt and solution spun polycaprolactone fibers by centrifugal spinning.Journal of Applied Polymer Science,2015,132‐2)通过对离心电纺装置的改进，得到了高产率的聚几内酯微纳米纤维。但是，目前离心电纺装置的研究重点往往放在单种溶液与装置的适配性，例如Y Fang等(Y Fang,AR Dulaneyet al,A comparative parameter study:Controlling fiber diameter and diameter distribution in centrifugal spinning of photocurable monomers.Polymer,2016,88:102‐111)探究了聚氧化乙烯与离心电纺装置的适配性，L Ren等(L Ren，V Pandit et al,Large‐scale and highly efficient synthesis of micro‐and nano‐fibers with controlled fiber morphology by centrifugal jet spinning for tissue regeneration.Nanoscale,2013,5(6):2337‐45)探究了聚乳酸与离心纺装置的适配性。而对于两种及多种溶液同时使用在装置上的情况，还很少涉及。而现有的离心电纺装置生产的单材料方向性纤维在物理化学特性上有较为固定的范围，还难以满足组织修复的多特性需求，特别是在纤维的强度、亲疏水性、复合载药等特性的调节上。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种回转式方向性复合微纳米纤维制备装置及复合微纳米纤维的制备方法。通过对喷丝装置的重新设计，实现了多种材料在同一装置上离心电纺，制得了多材料复合方向性纤维。本发明通过不同溶液管中多种溶液的特定选择，实现了多材料复合纤维的单一步骤制取。纤维材料制备所使用的溶液选择可以搭配不同控制参数(喷口孔径、溶液浓度、静电纺丝电压、回转转速)的选择做电纺纤维直径、方向性、表面特征与形态的调控。同时，在保证制得的微纳米纤维的方向性的同时，极大地提高了纤维产量。另外，通过搭载不同体系的药物或者纳米材料，实现了纤维结构复合载料，所得到的微纳米纤维直径均匀性好，方向性佳，适合细胞的附着和生产，在组织工程领域，特别是在仿生工程以及创伤敷料上有广阔的应用空间。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下:—种回转式方向性复合微纳米纤维制备装置，包括高压电源、接收装置、溶液管、底座、回转电机；所述底座上至少安装两个溶液管，溶液管的外侧壁开有喷孔，底座与回转电机的输出轴相连，所述接收装置套设在所有溶液管外，每个溶液管盛有一种电纺原液，高压电源的负极与接收装置相连，高压电源的正极分别与电纺原液电连接。