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制造方法及图纸

本发明专利技术公开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，该装置包括高压电源、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。通过这个装置可以有效制备具有方向性的离心电纺纤维，并且通过改变溶液管的数量与高分子溶液，可以形成多种材料构成的复合方向性纤维，从而以单一步骤获得大量的单种材料或者复合材料方向性静电纺丝纤维，有效提高静电纺丝的功能性、方向性以及产量。

Rotary directional composite micro nano fiber preparation device and preparation method of composite micro nano fiber

The invention discloses a preparation method of the rotary direction of composite micro nano fiber preparation device and composite micro nano fibers, the device comprises a high-voltage power supply, receiving device, solution tube, base, rotary motor; two solution tube at least for installation of the base, the lateral wall of the pipe solution spray hole. The output shaft of the base and the rotary motor connected to the receiving device is sleeved on the outer tube of all solution, each tube filled with a solution of electrospinning solution, negative high voltage power supply and receiving device connected to cathode high voltage power supply is electrically connected respectively with the electrospinning solution. The device can effectively centrifugal electrospun fiber preparation with directionality, and by changing the amount of polymer solution and solution tube, can form a composite material consisting of a variety of fiber orientation, so as to obtain a single material or composite material of electrospun fibers in a single step, effectively improve the function of electrostatic spinning directional and yield.

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术属于微/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。
技术介绍
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(NEZander，Formationofmeltandsolutionspunpolycaprolactonefibersbycentrifugalspinning.JournalofAppliedPolymerScience,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YFang等(YFang,ARDulaneyetal,Acomparativeparameterstudy:Controllingfiberdiameteranddiameterdistributionincentrifugalspinningofphotocurablemonomers.Polymer,2016,88:102‐111)探究了聚氧化乙烯与离心电纺装置的适配性，LRen等(LRen，VPanditetal,Large‐scaleandhighlyefficientsynthesisofmicro‐andnano‐fiberswithcontrolledfibermorphologybycentrifugaljetspinningfortissueregeneration.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。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术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。本专利技术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，本专利技术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。进一步的，所述底座上具有薄壁金属轴承，薄壁金属轴承外套有电刷，高压电源的正极与电刷相连，薄壁金属轴承通过导线分别与电纺原液相连。进一步的，所述接收装置为导电壳体，材料为Fe、Al、Ni、Au、Ag、Cu、CuO、Al2O3、Zn、Zn0、Fe3O4或Fe2O3。进一步的，所述底座设有多个凹槽，所述溶液管安装在凹槽内。进一步的，所述的回转电机的工作转速为30RPM‐15000RPM。进一步的，所述的喷孔直径为5um‐5mm，单侧喷孔间距为5‐50mm。进一步的，所述高压电源的电压范围为0.2kV至60kV。本专利技术的另一目的是提供一种利用回转式方向性复合微纳米纤维制备装置制备复合微纳米纤维的方法，包括如下步骤：1)将电纺原液注入到溶液管中；2)通过回转电机对底座施加一个转速30RPM‐15000RPM；3)在溶液管与接收装置间施加电压0.2kV至60kV；4)电纺原液在离心作用力以及高压电源的电场作用力下，在喷口处形成静电纺丝纤维，在接收装置上获得具有方向性的微纳米纤维。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果:(1)溶液管为可替换式结构，保障了装置的易操作性，溶液管具有多个喷丝孔，使纤维的产率得到显著提升。本专利技术装置制作工艺简单；适用性强，成本较低；操作过程易控。(2)底座可以固定多个溶液管，通过在溶液管中添加不同的电纺原液以实现装置的多材料同时离心电纺。本专利技术以单一步骤制得的多材料复合方向性纤维在组织工程领域，特别是在仿生工程以及创伤敷料上有广阔的应用空间。(3)本专利技术提出的高方向性复合纤维制备装置结合了电场力与离心力的作用，在保证纤维方向性的基础上，显著提高了纺丝的效率和纤维的质量。另外，由于作用力的加强，使得装置对于溶液有更强的适应性，可根据应用的需求方便的选择材料与控制参数。同时，通过针对不同电纺原液进行参数调控，可以实现对复合纤维的形态调控。附图说明下面结合附图和实施例对本实用专利技术进一步说明：图1是双溶液管静电纺丝微纳米纤维装置的结构示意图；图2是三溶液管静电纺丝微纳米纤维装置的结构示意图；图3是四溶液管静电纺丝微纳米纤维装置的结构示意图；图4是本专利技术得到的聚乙烯吡咯烷酮与聚丙乙烯复合方向性纤维光学图；附图标记：1.高压电源、2.接收装置、3.溶液管、4.电纺原液、5.底座、6.回转电机、7.喷孔、8.凹槽、9.薄壁金属轴承、10.电刷。具体实施方式下面结合具体实施实例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术的讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种回转式方向性复合微纳米纤维制备装置，其特征在于，包括高压电源(1)、接收装置(2)、溶液管(3)、底座(5)、回转电机(6)等；所述底座(5)上至少安装两个溶液管(3)，溶液管(3)的外侧壁开有喷孔(7)，底座(5)与回转电机(6)的输出轴相连，所述接收装置(2)套设在所有溶液管(3)外，每个溶液管(3)盛有一种电纺原液，高压电源(1)的负极与接收装置(2)相连，高压电源(1)的正极分别与电纺原液电连接。

【技术特征摘要】
1.一种回转式方向性复合微纳米纤维制备装置，其特征在于，包括高压电源(1)、接收装置(2)、溶液管(3)、底座(5)、回转电机(6)等；所述底座(5)上至少安装两个溶液管(3)，溶液管(3)的外侧壁开有喷孔(7)，底座(5)与回转电机(6)的输出轴相连，所述接收装置(2)套设在所有溶液管(3)外，每个溶液管(3)盛有一种电纺原液，高压电源(1)的负极与接收装置(2)相连，高压电源(1)的正极分别与电纺原液电连接。2.根据权利要求1所述的回转式方向性复合微纳米纤维制备装置，其特征在于，所述底座(5)上具有薄壁金属轴承(9)，薄壁金属轴承(9)外套有电刷(10)，高压电源(1)的正极与电刷(10)相连，薄壁金属轴承(9)通过导线分别与电纺原液相连。3.根据权利要求1所述的回转式方向性复合微纳米纤维制备装置，其特征在于，所述接收装置(2)为导电壳体，材料为Fe、Al、Ni、Au、Ag、Cu、CuO、Al2O3、Zn、Zn0、Fe3O4或Fe2O3。4.根据权利要求3所述的回转式方向性复合微纳米纤维制备装...

【专利技术属性】
技术研发人员：张明暐，王力，李劲松，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33