用于心臟組織工程的功能性可生物降解靜電紡納米纖維研究.pdf

1、靜電紡絲法最早出現(xiàn)于1934年，利用靜電紡絲法制備的納米纖維非織造膜具有很高的質(zhì)體比，很大的表面積，沉積的纖維之間有很多空隙且很容易進行表面處理，因此是組織工程支架的理想材料。特別是應用于二維的組織工程，例如皮膚或是心臟組織工程。影響靜電紡絲的納米性能的工藝參數(shù)包括溶液性質(zhì)（電導率，粘度和表面張力），聚合物的分子特性（分了量，分歧度，聚合物鏈纏結(jié)度）和儀器參數(shù)，如針尖到收集板之間的距離，輸液噴的喂入速度和環(huán)境條件，如空氣濕度或溫度。靜電

2、紡絲的聚合物溶液可以產(chǎn)生不同的結(jié)構(gòu)，包括珠狀纖維，紡錘狀纖維，正常纖維。
　　 在本課題的開始階段，首先研究了靜電紡絲法的工藝參數(shù)。纖維或非織造膜由兩種溶劑系統(tǒng)所制備：氯仿和N，N-二甲基甲酰胺的混合劑及含少量的(約40μg)嘧啶的乙酸溶液。為了研究聚合物濃度，DMF含量百分比，應用電壓，針尖-收集板距離，溶劑系統(tǒng)等因素的影響，電子掃描顯微鏡、溶液黏度儀、溶液導電率測試儀被使用。通過研究得到以下的結(jié)論：
　　 1．隨著聚

3、合體濃度的上升，纖維的直徑增加，當聚合物濃度達到約15‰t時，纖維直徑達到最大值，之后隨著聚合體濃度的繼續(xù)上升，纖維直徑開始減小。
　　 2．隨著溶液中DMF含量百分比(vol％)的增長，纖維直徑不斷減小。這是可能有兩種解釋：DMF能減小聚合物溶液的表面張力。低表面張力的溶液中聚合物分子鏈分布的更平均，更直。因此附加電荷之后會更完全的伸展，于是，得到了更細的纖維?；蛟黾恿巳芤旱碾妼剩旊妼试黾訒r，溶液中傳送的電荷也增加，噴射

4、流拉伸的更加厲害，因此纖維更細。
　　 3．當電壓從10千伏變化至20千伏時纖維直徑迅速減小，之后電壓繼續(xù)增加纖維直徑保持不變。隨著電壓升高，還可以觀察到珠狀纖維不斷增加。應用電壓是除了注射器噴射速率以外的聚合物噴射的驅(qū)動力，當應用電壓過低時，因為無法克服表面張力，針頭無法出現(xiàn)噴射流。當應用電壓過高時，噴射流直接從針管中噴出，無法形成泰勒錐，因此會產(chǎn)生珠狀纖維。
　　 4．當針尖-收集板距離過大時，靜電場太小而無法克服表

5、面張力，部分產(chǎn)生的纖維無法到達收集板。當距離過小，纖維仍然是潮濕的。
　　 5．兩種溶劑系統(tǒng)中，含少量嘧啶(40μg)的醋酸溶劑的導電率遠遠大于氯仿和DMF的混合溶劑的導電率，同時，由含少量嘧啶(40μg)的醋酸溶劑所獲得的PCL納米纖維比由氯仿和DMF的混合溶劑所獲得PCL納米纖維更加細而均勻，不容易得到珠狀纖維。嘧啶對聚合物溶液的電導率有著重要的影響。
　　 近些年，單根纖維的機械性能是研究的熱點。在本課題中，納米級

6、至微米級靜電紡纖維根據(jù)第一步中所積累的參數(shù)信息制備出，被用于三點壓彎測試，測試其楊氏彈性模量。實驗中使用了兩種不同的纖維，純PCL靜電紡纖維和膠原蛋白靜電紡纖維。通過測試和計算可獲得以下的結(jié)論:
　　 1．在大氣條件下，平均直徑從50nm至2500nm的純PCL靜電紡纖維，其楊氏彈性模量由15.1Gpa下降至0.005Gpa。
　　 2．大氣條件下，隨著纖維直徑由167nm下降至43nm，膠原蛋白靜電紡纖維的彈性模量由3

7、Gpa上升至53Gpa。
　　 3．這說明隨著直徑的不斷增大，其彈性模量急劇減少，即直徑越小的纖維越堅硬。
　　 對于這種現(xiàn)象可能有兩個原因：1．纖維的結(jié)晶度隨著直徑的減小而增大；2．分子鏈的取向度隨著直徑的減小而增大。
　　 通過DSC的測試結(jié)果，纖維的結(jié)晶度隨著直徑的減小沒有明顯的變化趨勢。因此在將來的研究中，應該向著分子鏈的取向度方向進行研究，wide-angleX-raydiffraction(WAXD)