本发明专利技术公开了一种制备蓬松态纳米纤维的静电纺丝装置及方法。静电纺丝装置包括：供气装置、喷射装置及蓬松态纤维收集装置。供气装置通过气体导管连接到导气装置上，喷射装置的不锈钢针头穿过导气装置，伸到接收装置上方。其静电纺丝制备方法包括以下步骤：配置溶液；基底的制备；蓬松纳米纤维的制备。蓬态松纳米纤维的制备过程：在没有鞘气辅助的环境下进行预纺丝；出现丝膜后通入鞘气；蓬松态纤维上升至顶部附近时停止纺丝，得到蓬松态纳米纤维。本发明专利技术的工艺简单，成本较低，蓬松度更高，并利用高孔隙度来作为组织工程的支架从而在体外形成细胞支架复合体。
【技术实现步骤摘要】
一种制备蓬松态纳米纤维的静电纺丝装置及方法
本专利技术涉及了一种静电纺丝装置，尤其是涉及利用鞘气辅助和蓬松态收集装置的静电纺丝装置。
技术介绍
近年来，随着材料科学的发展，关于纳米材料的研究报道持续增加，尤其是纳米纤维材料的制备与应用研究受到人们的广泛重视，成为材料研究领域的热点之一。研究人员开发了许多制备纳米纤维的方法，其中，静电纺丝技术是制备纳米纤维的重要手段，所制备的纤维与细胞外基质具有类似的结构，具有极大的比表面积和高孔隙率等特点。目前众多研究表明电纺纤维是构建合适的组织工程支架从而在体外形成细胞支架复合体，进而移植于体内损伤部位进行组织修复、促进再生的最佳选择之一。支架材料若想提升在组织工程领域的应用前景，提高支架的孔隙率并使其具备内部多个单元相互贯通的功能化纤维支架材料是上策，因为功能化的支架能显著改善组织的再生功能。虽然研究者通过改变不同参数和工艺制备了各式各样的电纺纤维支架材料。然而，这些支架主要是平面电纺纤维膜结构，纤维与纤维之间排列过于紧密，作为细胞培养支架材料只能提供表面的生长空间，细胞很难进入到支架内部进行生长和增殖，这种只具有表层结构的纤维膜极大限制了其在生物医学工程领域的应用。所以蓬松态纳米纤维支架引起了广泛的关注。然而，目前三维支架均属湿法制备，需要繁杂的制备程序，其中冷冻干燥过程是一个极为耗时的步骤，严重阻碍了研究的进程。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种干法静电纺丝的制备方法，解决了现有纤维三维程度不够，工艺繁琐，且蓬松态纤维与溶剂分离时会被压缩等问题，制备出的蓬松态纳米纤维可以为细胞提供优秀的类天然体外生存维环境。一种静电纺丝装置包括供气装置、喷射装置及蓬松态纤维收集装置，其中供气装置包括：依次连接的气体干燥装置、空气压缩机、气体导管与导气装置；所述的喷射装置包括高压电源，可控注射装置，注射器，喷射针头；所述可控注射装置与注射器连接，注射器与喷射针头连接；穿过导气装置设置的喷射针头一端密封，另一端延伸并接近至接收装置；高压电源的正极与导气通道连接；接收装置包括接收管、内壁导电纸，所述的内壁导电纸粘附在接受管的内壁，其中内壁上的导电纸与高压电源的负极相连接。供气装置的气体干燥装置、空气压缩机，导气通道之间通过内径6～8mm的气体导管连接；进一步的，喷射针头为21号不锈钢针头。进一步的，气体干燥装置，内部设有干燥剂及升温装置。进一步的，喷射针头与导气装置之间设有密封结构AB胶或密封圈。进一步的，接收装置中，接收管为绝缘空心圆柱，其内径为5～7cm，长度为10～15cm，绝缘空心圆柱内壁导电纸为锡箔纸或铝箔纸。进一步的，接收装置为悬空状态。进一步的，喷射针头位于接收装置中心处，且喷射针头的尖头处与接收装置的顶部平面处在同一个水平面上。进一步的，导电纸从接收管底部延伸至距接收管顶部3-5cm。一种蓬松态纳米纤维制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：配置溶液：将纺丝材料聚丙烯腈溶于N,N二甲基甲酰胺中，配置质量体积浓度为12％～15％的纺丝液。步骤2：基底的制备：将配置好的纺丝液装入体积为10ml的注射器中；喷射针头采用21号不锈钢针头，可控注射装置控制纺丝速度在1.0ml/h；高压电源控制电压在16KV，启动可控注射装置以及高压电源，在接收管导电内壁上进行预纺丝，直到形成一层丝膜即蓬松态纳米纤维的基底；步骤3：蓬松纳米纤维的制备：在步骤2预纺丝上，通入气体，控制气压在100～200kpa，通入的气体开始辅助纺丝，在基底上形成蓬松态纳米纤维。与现有装置与技术相比，本专利技术的优点是：(1)本专利技术的静电纺丝工艺简单，成本低廉。(2)本专利技术首次成功采用干法制备蓬松态纳米纤维，避免湿法造成材料的二次压缩，减少工作程序，为批量化生产打下基础。附图说明图1是本专利技术实施例的结构组成示意图，箭头方向为气流方向。图2是本专利技术实施例的接收装置的放大图。图3为本专利技术制得的蓬松态PAN纳米纤维扫描电镜图。图4为本专利技术制得的蓬松态PAN纳米纤维实物图。图中，各标记为：1.气体干燥装置，2.加热装置，3.干燥剂，4.空气压缩机，5.内径6～8mm的气体导管，6.导气通道，7.注射器，8.喷射针头，9.绝缘空心圆柱，10.导电锡纸内壁，11.可控注射装置，12.高压电源。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。参见图1～2，本专利技术实施例设有供气装置、喷射装置及蓬松态纤维收集装置；供气装置包括：依次连接的气体干燥装置1、空气压缩机4、气体导管5与导气装置6.喷射装置包括高压电源12，可控注射装置11，注射器7，喷射针头8，导气装置6；所述可控注射装置11与注射器7连接，注射器7与喷射针头8连接；穿过导气装置6的喷射针头8，；高压电源12的负极与接收装置9连接，正极与导气通道13连接。其中，导气通道6一端封闭，另一端对应接收装置9开口；喷射针头8穿过导气通道6一端密封，另一端延伸并接近至接收装置9，喷射针头8为21号不锈钢针头。喷射针头8与导气装置之间设有密封结构，密封结构采用AB胶。蓬松态纤维接收装置包括接收管9，以及导电内壁10，其中导电锡箔纸纸10必须要紧贴内壁。与高压电源12的负极相连接。接收管为内径为5cm，长度为15cm，导电内壁材料为锡箔，从低端算起长度为11cm。图2局部放大蓬松态纤维接收装置结构示意图，纺丝针头位于接收管口的中点处，接收管直径5cm，高15cm，上下开口，且悬空放置于喷射装置下方。从上方4cm处到底部内壁紧贴导电锡箔纸，锡箔纸与高压电源12负极连通。气体干燥装置1通过升温装置2提高干燥装置1内气温，达到除湿目的，通过干燥剂吸收气体中的水分，从另一方面除湿，提供干燥气体给空气压缩机，降低湿度对操作条件的影响。空气压缩机4压缩干燥气体，压缩的辅助气体从导管输送至引气通道，由导气通道吹向接收装置。高压电源12正极连接在导气通道，接地端即负极与接收装置连接，提供静电场；可控注射装置11与注射器7连接，注射器与喷射针头8连接，喷射针头8穿过导气通道，流经导气通道的辅助气流对喷射针头8喷嘴处的泰勒锥进行拉伸，可达到细化纤维，改善纤维的质量，且可带走部分表面电荷，减小静电排斥力，进行静电纺丝，提高电纺效率，从而完成无鞘气辅助下无法完成的蓬松态纺丝任务。实验准备，制备蓬松态的纳米纤维。将纺丝材料聚丙烯腈溶于N,N-二甲基甲酰胺中，配置质量体积浓度为15％的纺丝液，将配置好的纺丝液装入体积为10ml的注射器7中；喷射针头8采用21号不锈钢针头，喷射针头8位于接收管9的中心处，喷射针头8的尖头处与接收装置的上平面处在同一个水平面上，可控注射装置11控制纺丝速度在1.0ml/h；高压电源12控制电压在16KV，启动可控注射装置11以及高压电源12，在接收管导电内壁上进行预纺丝，直到形成一层丝膜，在步骤2的基础上，通入气体，控制气压在120kpa，让气体开始辅助纺丝，在丝膜上形成蓬松态纳米纤维，扫描电镜图如图3所示，实物图如图4所示。本实施例装置在工作时，在通入辅助鞘气前，纤维可在管内壁形成丝膜即基底，通入鞘气后，在基底的基础上，进一步形成蓬松态纳米纤维。在自然条件下，由于接收距离过近，纤维飞行路径太短，静电影响过强等原因，很难形成蓬松态纤维。在鞘气的辅助下，减小纳米纤本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种制备蓬松态纳米纤维的静电纺丝装置，其特征在于，包括供气装置、喷射装置及蓬松态纤维收集装置；所述供气装置包括：依次连接的气体干燥装置(1)、空气压缩机(4)、气体导管(5)与导气装置(6)；所述的喷射装置包括高压电源(12)，可控注射装置(11)，注射器(7)，喷射针头(8)；所述可控注射装置(11)与注射器(7)连接，注射器(7)与喷射针头(8)连接；穿过导气装置(6)设置的喷射针头(8)一端密封，另一端延伸并接近至接收装置(9)；高压电源(12)的正极与导气通道(13)连接；所述的接收装置包括接收管(9)、内壁导电纸(10)，所述的内壁导电纸(10)粘附在接受管(9)的内壁，其中内壁上的导电纸(10)与高压电源(12)的负极相连接。
【技术特征摘要】
1.一种制备蓬松态纳米纤维的静电纺丝装置，其特征在于，包括供气装置、喷射装置及蓬松态纤维收集装置；所述供气装置包括：依次连接的气体干燥装置(1)、空气压缩机(4)、气体导管(5)与导气装置(6)；所述的喷射装置包括高压电源(12)，可控注射装置(11)，注射器(7)，喷射针头(8)；所述可控注射装置(11)与注射器(7)连接，注射器(7)与喷射针头(8)连接；穿过导气装置(6)设置的喷射针头(8)一端密封，另一端延伸并接近至接收装置(9)；高压电源(12)的正极与导气通道(13)连接；所述的接收装置包括接收管(9)、内壁导电纸(10)，所述的内壁导电纸(10)粘附在接受管(9)的内壁，其中内壁上的导电纸(10)与高压电源(12)的负极相连接。2.如权利要求1所述的一种制备蓬松态纳米纤维的静电纺丝装置，其特征在于，喷射针头(8)为21号不锈钢针头。3.如权利要求1所述的一种制备蓬松态纳米纤维的静电纺丝装置，其特征在于，所述气体干燥装置(1)，内部设有干燥剂(2)及升温装置(3)。4.如权利要求1所述的一种制备蓬松态纳米纤维的静电纺丝装置，其特征在于，所述的喷射针头(8)与导气装置(6)之间设有密封结构AB胶或密封圈。5.如权利要求1所述的一种制备蓬松态纳米纤维的静电纺丝装置，其特征在于，所述的接收装置中，接收管(9)为绝缘空心圆柱，...
【专利技术属性】
技术研发人员：冯章启，李通，高帷策，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32
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