一种基于负压收集的气电纺三维支架制备方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于负压收集的气电纺三维支架制备方法及装置，包括交流高压发生器、供液装置、供气装置、同轴喷头和负压接收装置，同轴喷头具有出液口、出气口，供液装置可将纺丝溶液或熔体送入同轴喷头并由出液口流出，供气装置通过出气口可产生由出液口吹向负压接收装置的气流，交流高压发生器可在同轴喷头和负压接收装置间形成交变电场，负压接收装置包括收集器、负压管和负气压发生器，纺丝溶液或熔体在气流和交变电场的作用下在同轴喷头与收集器形成溶液射流或熔体射流。本发明专利技术通过采用基于负压接收器的纺丝技术，可制备材料范围广泛、纤维直径极小、丝径分布均匀、结构蓬松、厚度极大、力学性能优越的纳米纤维三维支架，工艺通用性好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术用于纳米纤维支架
，特别是涉及一种基于负压收集的气电纺三维支架制备方法及装置。
技术介绍
电纺是制备纳米纤维的有效方法。纤维直径通常介于数十纳米至数微米之间，与细胞外基质中胶原等纤维支架的尺寸相近。采用天然高分子或合成高分子电纺纤维构建组织工程支架，可以仿生细胞外基质的结构乃至生物学功能，利于细胞的黏附、分化和增殖，引导组织的再生与修复，成为组织工程支架的研究热点。大量研究报道显示，电纺纳米纤维支架可以提供理想的细胞黏附、增殖和分化微环境。但是，传统直流静电纺丝方法用于高效制备可控三维结构仍然存在一定的技术瓶颈。静电纺丝制备纤维支架具有如下局限性: 1、传统的静电纺丝是纺丝溶液或熔体在直流电场力的定向作用下，形成泰勒锥，最终突破表面张力形成射流。射流在库仑力的作用下被拉伸成纳米纤维，纤维逐层地被接地收集板吸引堆积，形成薄膜或近似三维的支架。但是，支架的纤维是靠电荷引力进行堆积，排列紧密、纤维之间的空隙过小，使细胞难以长入，无法构建出令人满意的三维组织。另一方面，传统的直流电纺，电场力方向恒定，当纺丝溶液或熔体的粘度较大时，射流需要的启动电压高。2、随着薄膜支架厚度增加，喷头与收集板之间的电场将逐渐减弱，导致薄膜支架上表面电荷不断积累，因带同种电荷，先沉积的纤维对电场分布产生影响，并且对于后续射流产生排斥，从而影响泰勒锥的形成和纺丝的持续时间，降低了纺丝效率，最终导致电纺过程终止，限制了所能获得支架的厚度(通常为微米级厚度)，制造大厚度的真正意义的电纺三维结构仍然较为困难。3、当采用特定形状的收集器时，纤维往尖端处等电场强度较大的地方沉积，难以形成三维结构。4、传统喷头式电纺效率低下，单喷头电纺产量通常只有0.Ι-lg/h，难以实现大规模、高效率的三维支架生产制造。高速气吹聚合物溶液进行大规模制备纳米纤维的技术(高速气流纺丝技术)，可以使纤维的制备速度较原来的静电纺丝速度提高10倍以上，但是，传统气纺多采用封闭式接收器或滚筒式接收器，在高速气流作用下，容易产生反冲气流，影响纤维的定向沉积，如何采用高速气纺制备具有三维蓬松结构的纳米纤维支架，仍然缺乏稳定的通用性的工艺。并且，气流纺丝的纤维直径较大(微米级)，直径分布范围广，制备纳米纤维仍存在技术瓶颈。目前实验室研究和工业化生产应用的主要是静电纺丝(直流高压电纺)，高压电源一般采用直流(DC)电源作为高压电源；交流高压电纺(AC electrospinning)早在静电纺丝技术发展初期已经有研究人员采用过，但是至今仍然没有得到深入研究和发展。交流电纺生产效率相对较高。而且，交流电纺不需要接地或者接负电压的收集器，收集方式的灵活度更高。但是，定向收集具有特定形状、结构的纤维支架较为困难，而且，生产效率也有待进一步提尚。CN1849418A在带电电极和对电极之间的空间中，利用空气流对纳米纤维施加作用，促进纳米纤维从带电电极漂移开，铺置在带电电极前用于储存纳米纤维的设备上。CN102965743A所述的一种带辅助电极的纳米纤维低压电纺装置，采用风机设于收集板上方，通过抽气作用使纤维沉积在收集板上。CN103952780A在静电纺丝收集侧设置有负压吸风口，利用吸风口产生的气流吸附从喷丝针头端喷射出来的微纳米纤维，使其定点或定区域附着在吸风口前的网孔基布上，通过控制网孔基布与喷丝针头的相对运动轨迹与速度、形成均匀分布的纤维网。上述专利通过静电纺丝收集侧引入负压气流以利于静电纺丝微纳米纤维的收集，用于改善纤网均匀性。但是，利用负压收集交流气电纺纳米纤维制备三维支架的方案尚未见报道。综上所述，制备材料范围广泛、纤维直径极小、丝径分布均匀、结构蓬松、厚度极大、力学性能优越的纳米纤维三维支架仍然没有通用的解决方案。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供一种基于负压收集的气电纺三维支架制备方法及装置。所述制备方法工艺简单，装置简易，材料适应性广，生产效率高，能获得的三维支架厚度大，密度低，孔隙率高，有望实现量产化。使用不同的纺丝材料可直接制备得到不同力学强度、生物相容性及降解性能的三维纤维支架。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是:一种基于负压收集的气电纺三维支架制备装置，包括交流高压发生器、供液装置、供气装置、同轴喷头和与所述同轴喷头相对设置的负压接收装置，所述同轴喷头具有与供液装置相连的供液通道和与供气装置相连的供气通道，供液通道具有出液口，供液装置可将纺丝溶液或熔体送入同轴喷头并由出液口流出，供气通道具有出气口，所述供气装置通过出气口可产生由出液口吹向负压接收装置的气流，交流高压发生器与所述同轴喷头相连并可在同轴喷头和负压接收装置间形成交变电场，所述负压接收装置包括收集器、负压管和可在负压管内产生负压的负气压发生器，所述负压管在同轴喷头的对侧形成负压管口，所述收集器具有多孔结构并嵌套在所述负压管口内，出液口内流出的纺丝溶液或熔体在所述气流和交变电场的作用下在同轴喷头与收集器形成溶液射流或熔体射流。进一步作为本专利技术技术方案的改进，所述供气装置包括通过第一输气管与供气通道相连的气压供应装置，所述第一输气管上设有第一精密气压调节阀。进一步作为本专利技术技术方案的改进，第一输气管上在精密气压调节阀与同轴喷头间还设有加热元件，所述供气通道在同轴喷头内形成包绕在供液通道外侧的储气腔，所述储气腔在所述出液口的外侧形成环形的出气口，所述出气口和出液口位于同一轴线上。进一步作为本专利技术技术方案的改进，还包括箱体，所述同轴喷头位于箱体内，所述负压管的负压管口位于所述箱体的底部，所述箱体内设有导风板，箱体在导风板的上方形成鼓风腔，在导风板的下方形成出风腔，所述气压供应装置通过第二输气管与鼓风腔相连，第二输气管上设有第二精密气压调节阀，所述导风板在同轴喷头的底部设有若干出风孔，所述箱体内外表面绝缘，并在内部形成密闭的纺丝空间，所述箱体底部设有平衡纺丝空间与外界压强差的微孔。进一步作为本专利技术技术方案的改进，所述收集器为呈立方体状或圆筒状的金属栅网。进一步作为本专利技术技术方案的改进，所述收集器为呈圆筒状的多孔无纺布制件。进一步作为本专利技术技术方案的改进，所述负气压发生器为设在所述负压管上的真空栗。进一步作为本专利技术技术方案的改进，所述交流高压发生器包括函数信号发生器和高压放大器。—种基于负压收集的气电纺三维支架制备方法，包括以下步骤: S10.供液装置可提供纺丝溶液或熔体，打开供液装置，纺丝溶液或熔体由供液通道进入同轴喷头并由同轴喷头的出液口流出； S20.调节交流高压发生器，输出适当波形、频率、幅值、偏置值的电压，并在同轴喷头和负压接收装置间形成交变电场； S30.打开负压发生器和气压供应装置；调节气压供应装置，提供流速、温度、湿度适宜的气体，气体流经第一输气管、同轴喷头的供气通道，最终从同轴喷头出气口处喷出形成气流； S40.在交变电场和气流的共同作用下，纺丝溶液或熔体液滴被拉伸形成射流，并在气流的持续作用下，和在交变电场力的作用下，射流劈裂拉伸，获得纳米纤维； S40.在气流推力和负压接收装置的负压吸引作用下，气流路径可控，纤维往负压接收装置定向沉积，同时，气流穿过多孔结构的收集器，从收集器的下方和侧端导出，并辅助纤维在收集器上持续沉积，成为多孔蓬松本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于负压收集的气电纺三维支架制备装置，其特征在于：包括交流高压发生器、供液装置、供气装置、同轴喷头和与所述同轴喷头相对设置的负压接收装置，所述同轴喷头具有与供液装置相连的供液通道和与供气装置相连的供气通道，供液通道具有出液口，供液装置可将纺丝溶液或熔体送入同轴喷头并由出液口流出，供气通道具有出气口，所述供气装置通过出气口可产生由出液口吹向负压接收装置的气流，交流高压发生器与所述同轴喷头相连并可在同轴喷头和负压接收装置间形成交变电场，所述负压接收装置包括收集器、负压管和可在负压管内产生负压的负气压发生器，所述负压管在同轴喷头的对侧形成负压管口，所述收集器具有多孔结构并嵌套在所述负压管口内，出液口内流出的纺丝溶液或熔体在所述气流和交变电场的作用下在同轴喷头与收集器形成溶液射流或熔体射流。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：房飞宇，陈新，王晗，陈新度，吴佩萱，梁烽，曾俊，欧维均，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44