一种中空多层结构纤维的制备方法及得到的纤维与其应用技术

本发明专利技术公开了一种中空多层结构纤维的制备方法及得到的纤维与其应用，其中，利用湿法纺丝的方法将低分子量多糖类聚电解质配制成纺丝原液，在凝固槽内加入高分子量多糖类聚电解质作为凝固浴，将纺丝原液经注射器注入凝固浴内，进行扩散反应，卷绕，洗涤，干燥，即得；所述制备方法设备简单、成本低、可纺性好、适于规模化生产，同时，所制得的中空多层纤维具有层数、腔数、直径可控性、良好的拉伸强度、超高的比表面积、在催化、吸附、过滤及组织工程等领域有着广泛的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种中空多层结构纤维的制备方法及得到的纤维与其应用
本专利技术涉及多层结构纤维领域，具体涉及多层结构纤维的制备，特别地，涉及一种中空多层结构纤维的制备方法及得到的纤维及其应用。
技术介绍
层状结构在大自然中比比皆是，各色各样生物体通过分子片断间的各种弱相互作用自发地组装、堆积形成多层次的空间结构，并最终实现其生物功能，例如贝壳、树的年轮等都呈高度重复性的多层图案化排列。受自然界启发，科学家们深入开展了多层结构材料的仿生设计与制备及其理论研究。多层结构材料的制备目前主要以LBL方法为主，LBL最初是基于聚电解质阴阳离子之间的静电络合作用交替逐层沉积构筑多层薄膜材料的一种方法，后来拓展到氢键、电荷转移及分子识别等一些弱作用力。多层结构材料的制备也可通过微流控技术来实现。由于传热快，反应温度和有效反应时间等反应条件可精确控制，微流控可实现多层(多腔)及复杂结构纤维的构筑。然而，通过微流控构筑的多层结构纤维确切地讲只能称之为分区纤维，且其尺寸局限在微纳尺度，纤维的直径在100～200μm，长度在数米范围内，层数最多为3层，且层与层之间并不存在间隔，因此宏观尺度意义上多层结构纤维的制备仍然无法突破。
技术实现思路
为了克服上述问题，本专利技术人进行了锐意研究，提供一种工艺简单、环保的多层结构纤维的制备方法，制备成本低且适于规模化生产；同时，所制得的多层结构纤维具有层数、腔数、直径可控性、良好的拉伸强度、超高的比表面积、在催化、吸附、过滤及组织工程等领域有着广泛的应用，从而完成本专利技术。本专利技术的目的在于提供一种多层结构纤维的制备方法，具体体现在以下几个方面：(1)一种多层结构纤维的制备方法，其中，所述方法包括以下步骤：步骤1、将低分子量多糖类聚电解质加入水中，得到纺丝原液；步骤2、将高分子量多糖类聚电解质加入水中，得到凝固浴；步骤3、将步骤1得到的纺丝原液经注射器或喷丝板注入步骤2得到的凝固浴内，然后进行卷绕、洗涤和干燥处理，即得所述多糖类聚电解质中空多层结构纤维。(2)根据上述(1)所述的制备方法，其特征在于，所述低分子量多糖类聚电解质与所述高分子量多糖类聚电解质带有相反电荷。(3)根据上述(1)或(2)所述的制备方法，其中，在步骤1中，所述低分子量多糖类聚电解质的分子量为2000～10000Da，优选为2000～6000Da；和/或所述低分子量多糖类聚电解质选自壳寡糖、海藻酸钠寡糖或卡拉胶寡糖。(4)根据上述(1)至(3)之一所述的制备方法，其中，在步骤2中，所述高分子量多糖类聚电解质的分子量为100000～800000Da，优选为300000～700000Da，更优选为400000～600000Da；和/或所述高分子量多糖类聚电解质选自壳聚糖、海藻酸钠或卡拉胶。(5)根据上述(1)至(4)之一所述的制备方法，其中，在步骤1中，在所述纺丝原液中，低分子量多糖类聚电解质的质量百分比浓度为5～60％，优选为5～40％，更优选为5～20％，例如5～10％；和/或在步骤2中，在所述凝固浴中，高分子量多糖类聚电解质的质量百分比浓度为0.5～5％，优选为0.5～2％。(6)根据上述(1)至(5)之一所述的制备方法，其中，在步骤2中，任选地加入NaCl，优选地，任选地加入0.1～1MNaCl，更优选地，任选地加入0.2～0.5MNaCl。(7)根据上述(1)至(6)之一所述的制备方法，其中，在步骤1中，任选地将纺丝原液的pH调至2～6，优选地，任选地将纺丝原液的pH调至3.5～5。(8)根据上述(1)至(7)之一所述的制备方法，其特征在于，在步骤3中，当采用注射器时，采用一个或多个注射器同时进行，分别得到单腔或多腔纤维；优选地，采用1～8个注射器同时进行，更优选采用1～6个，例如1～3个；当采用喷丝板时，采用单孔或多孔喷丝板进行，分别得到单腔或多腔纤维；优选地，采用1～8孔喷丝板进行，更优选采用1～6孔喷丝板，例如1～3孔喷丝板。(9)根据上述(1)至(8)之一所述的中空多层结构纤维，其中，所述纤维为单腔或多腔结构；优选地，每个腔体包括一层或多层囊壁结构；更优选地，每层囊壁均呈多孔状，并且，当为多层结构时，由内到外，每层囊壁的孔径逐渐增大。(10)根据上述(9)所述的中空多层结构纤维用于组织工程的应用；优选地，用于细胞培养，例如在纤维腔内或者每层表面培养细胞；更优选地，在纤维腔内培养，并且，当为多腔结构时，同时培养多种细胞。附图说明图1示出实施例1所制得的海藻酸钠/壳寡糖多层纤维电子显微镜照片(主要示出纤维的整体横截面)；图2为实施例1所制得的海藻酸钠/壳寡糖多层纤维电子显微镜照片之一(主要示出靠近中空核心第一层的外表面)；图3为实施例1所制得的海藻酸钠/壳寡糖多层纤维电子显微镜照片之三(主要示出靠近中空核心最外层的外表面)；图4为实施例1所制得的海藻酸钠/壳寡糖多层纤维的拉伸强度；图5为实施例2所制得的海藻酸钠/壳寡糖多层纤维显微镜照片(主要示出纤维的整体横截面)；图6为实施例3所制得的海藻酸钠/壳寡糖多层纤维显微镜照片(主要示出纤维的整体横截面)；图7为实施例4所制得的海藻酸钠/壳寡糖多层纤维显微镜照片(主要示出纤维的整体横截面)；图8为实施例1所制得的海藻酸钠/壳寡糖多层纤维的红外光谱图；图9为实施例2所制得的海藻酸钠/壳寡糖多层纤维培养细胞的DAPI荧光图；具体实施方式下面通过实施例和实验例对本专利技术进一步详细说明。通过这些说明，本专利技术的特点和优点将变得更为清楚明确。本专利技术提供一种多层结构纤维的制备方法，所述方法包括以下步骤：步骤1、将低分子量多糖类聚电解质加入水中，得到纺丝原液；步骤2、将高分子量多糖类聚电解质加入水中，得到凝固浴；步骤3、将步骤1得到的纺丝原液经注射器或喷丝板注入步骤2得到的凝固浴内，然后进行卷绕、洗涤和干燥处理，即得所述中空多层结构纤维。其中，利用低分子量多糖类聚电解质和高分子量多糖类聚电解质(分别带有相反的正、负电荷)之间的静电作用，以使二者络合，形成聚电解质络合膜；然后，在渗透压的驱动作用下，低分子量多糖类聚电解质可自发地穿过络合膜继续向高分子量多糖类聚电解质方向扩散、再次与高分子量多糖类聚电解质络合形成新的络合膜。溶液自发地不断重复上述的络合-扩散-再络合的过程，即可控制得到不同囊壁层数的纤维。根据本专利技术一种优选的实施方式，所述低分子量多糖类聚电解质与所述高分子量多糖类聚电解质带有相反电荷。这样，两者之间才能形成静电作用。在进一步优选的实施方式中，所述低分子量多糖类聚电解质选自壳寡糖、海藻酸钠寡糖或卡拉胶寡糖。在更进一步优选的实施方式中，所述高分子量多糖类聚电解质选自壳聚糖、海藻酸钠或卡拉胶。在本专利技术中，得到的多层结构纤维具有在吸附、过滤和组织工程领域有着广泛的应用。原因在于：(1)多糖类聚电解质带有正、负电荷，即使二者发生络合反应，分子链上仍有未参与反应的带有电荷的官能团，成为潜在的、可与有机染料反应的结合位点，因此，这些结合位点可与带正或负电荷的离子染料发生静电作用实现吸附。(2)制备的纤维之所以有过滤性能，是因为纤维自身存在多层结构，每一层的孔径大小不同，由里到外呈梯度结构，因此纤维通过从表层至内层按不同颗粒物粒径大小逐步分层过滤达到使用要求，流体中的混合尘从表层进入滤料，较大粒径颗本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种中空多层结构纤维的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1、将低分子量多糖类聚电解质加入水中，得到纺丝原液；步骤2、将高分子量多糖类聚电解质加入水中，得到凝固浴；步骤3、将步骤1得到的纺丝原液经注射器或喷丝板注入步骤2得到的凝固浴内，然后进行卷绕、洗涤和干燥处理，得到所述中空多层结构纤维。

【技术特征摘要】
1.一种中空多层结构纤维的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1、将低分子量多糖类聚电解质加入水中，得到纺丝原液；步骤2、将高分子量多糖类聚电解质加入水中，得到凝固浴；步骤3、将步骤1得到的纺丝原液经注射器或喷丝板注入步骤2得到的凝固浴内，然后进行卷绕、洗涤和干燥处理，得到所述中空多层结构纤维。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述低分子量多糖类聚电解质与所述高分子量多糖类聚电解质带有相反电荷。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，在步骤1中，所述低分子量多糖类聚电解质的分子量为2000～10000Da，优选为2000～6000Da；和/或所述低分子量多糖类聚电解质选自壳寡糖、海藻酸钠寡糖或卡拉胶寡糖。4.根据权利要求1至3之一所述的制备方法，其特征在于，在步骤2中，所述高分子量多糖类聚电解质的分子量为100000～800000Da，优选为300000～700000Da，更优选为400000～600000Da；和/或所述高分子量多糖类聚电解质选自壳聚糖、海藻酸钠或卡拉胶。5.根据权利要求1至4之一所述的制备方法，其特征在于，在步骤1中，在所述纺丝原液中，低分子量多糖类聚电解质的质量百分比浓度为5～60％，优选为5～40％，更优选为5～20％，例如5～10％；和/或在步骤2中，在所述凝...

【专利技术属性】
技术研发人员：隋坤艳，潘娜，崔慧琳，谭业强，范汶鑫，乔海燕，王爽，
申请(专利权)人：青岛大学，
类型：发明
国别省市：山东,37