一種利用磁場誘導制備軸向有序排列管狀物的靜電紡絲裝置的制造方法
【專利說明】一種利用磁場誘導制備軸向有序排列管狀物的靜電紡絲裝置
技術領域
[0001]本發明涉及靜電紡絲和組織工程領域，特別是通過外加磁場制備有序管狀支架。
【背景技術】
[0002]靜電紡絲技術由于其良好的可控性、操作靈活性及制備成本低等優點廣泛應用于制備納米級/微米級纖維材料。靜電紡絲制備的纖維具有比表面積高、力學性能優異、孔隙率大等特征，使其在過濾材料、組織工程材料、電學和光學材料、催化劑載體材料等領域均有研究和應用。
[0003]靜電紡絲纖維支架不僅與細胞外基質在形態、結構及尺寸上相似，且具有良好的力學性能，滿足了組織工程支架對材料的要求，因而在生物醫學工程領域應用很多。然而，傳統靜電紡絲裝置所制備的纖維膜中，由于電紡過程中紡絲液射流的彎曲不穩定性和鞭動不穩定性，所得纖維呈隨機排列，限制了靜電紡絲纖維膜在特殊領域的應用。
[0004]眾多研究表明，纖維膜的形態對于多種細胞的粘附、增殖以及分化等具有重要的影響。Liang等人通過靜電紡絲得到有序聚乳酸納米纖維，并將其作為支架培養神經干細胞，結果表明細胞軸突沿纖維有取向的生長，有序纖維能夠促進細胞的增殖、分化。
[0005]現已有多種方法制備有序纖維，如滾筒法、輔助電極法、平行板電極法、模板法以及磁紡法等。其中，磁紡法設備簡單，操作方便，制得的纖維有序取向度高。磁紡法在接收裝置上引入一對平行磁鐵，能提高纖維的有序度。
[0006]然而，利用磁紡法制備三維有序排列的管狀支架方面的研究還較少。本發明將環狀磁鐵嵌套于滾筒上隨滾筒旋轉，提供更加穩定的磁場，能夠制備沿滾筒軸向有序排列的三維管狀纖維支架。
【發明內容】
[0007]—種利用磁場誘導制備軸向有序排列管狀物的靜電紡絲裝置，包括微量注射栗、儲液器、導電毛細管、環狀鐵氧體磁鐵、滾筒和直流高壓電源；玻璃注射器作為儲液器，紡絲時將聚合物紡絲溶液置于此玻璃注射器中；微量注射栗控制紡絲液擠出速率，玻璃注射器固定在微量注射栗上；尖端磨平的不銹鋼注射針頭作為導電毛細管；作為接收裝置的滾筒連接電機并通過導線接地；高壓直流電源正極連接在不銹鋼注射針針頭上，為靜電紡絲過程提供電場；一對環形鐵氧體磁鐵同軸平行鑲嵌在滾筒上，為靜電紡絲過程提供磁場。
[0008]紡絲液置于玻璃注射器中，微量注射栗將紡絲液從不銹鋼注射針頭擠出；高壓直流電源正極同不銹鋼注射針頭相連；滾筒接地并與環狀磁鐵同軸鑲嵌，通過電機可以精確控制滾筒轉速；在滾筒上收集到沿著滾筒軸向排列的有序管狀支架；
[0009]所述的聚合物紡絲溶液的濃度為8wt.% -40wt.% ;注射針的孔徑為0.4-1.2mm,聚合物紡絲溶液流速為0.2-3mL/h ;注射器針尖到鋁箔的距離即紡絲距離為5-20cm，滾筒轉速為1000-4000r/min ;兩環狀磁鐵間距為4-lOcm ;高壓直流電源正極輸出電壓為0-50kVo
[0010]所述的聚合物紡絲溶液中的聚合物為纖維素、殼聚糖、蠶絲蛋白、聚丙烯腈、聚乳酸、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚膦腈、聚乳酸羥基乙酸共聚物中的一種；所述的聚合物紡絲溶液中的溶劑為N，N-二甲基甲酰胺、二氯甲烷、二甲基亞砜、二甲基酰胺、N-甲基吡咯烷酮、氯仿、甲酸、醋酸、四氫呋喃、六氟異丙醇或三氟乙醇中的一種或多種。
[0011]本發明的優點是靜電紡絲過程中，當纖維運動到磁鐵附近，帶正電的纖維受到洛倫茲力的影響纖維彎曲不穩定性受到抑制，沉積到兩環狀磁鐵之間獲得取向度較高的管狀組織工程支架。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發明的靜電紡絲裝置結構示意圖，圖中:
1-微量注射栗2-玻璃注射器 3-聚合物溶液4-不銹鋼注射針
5-高壓直流正電源 6-環狀磁鐵7-滾筒8-滾筒支架
【具體實施方式】
[0013]尖端磨平的不銹鋼注射針(4)固定在玻璃注射器上(2)，玻璃注射器(2)固定在微量注射栗(I)上，微量注射栗(I)豎直放置；
[0014]高壓直流電源(5)正極連接在不銹鋼注射針(4)上，滾筒(7)通過導線接地；
[0015]—對環狀鐵氧體磁鐵(6)，間隔一定距離平行嵌套在滾筒(7)上；
[0016]通過電機控制轉速的滾筒(7)與嵌套在上面的環形磁鐵￠)同軸旋轉；
[0017]置于儲液器中的聚合物溶液(3)，經過靜電紡絲形成沿著滾筒軸向取向排列的纖維，獲得有序排列的管狀組織工程支架。
[0018]實施例1，采用如圖1所示的裝置進行靜電紡絲。將聚乳酸羥基乙酸共聚物(PLGA)(Mv = 5X 14KDa)溶于N，N-二甲基甲酰胺(DMF)/二氯甲烷中，DMF與二氯甲烷的體積比為1:1，PLGA質量體積比為36wt.%，作為紡絲液置于儲液器中。采用高壓直流電源電壓為12kV,正極連接到不銹鋼注射器針頭上，滾筒由電機控制其轉速并通過導線接地。固定有儲液器的微量注射栗豎直放置，不銹鋼注射針尖到轉筒的距離為15cm。環狀磁鐵外徑7cm，內徑3cm(與滾筒外徑一致)，兩磁鐵間距為5cm。此實例中轉筒直徑為3cm，轉速為2000r/mine注射針的內徑為0.9mm，聚合物溶液流速為0.2mL/h，靜電紡絲過程中濕度為10%，溫度為25°C。為了便于觀察，紡絲時間30s，采用掃描電鏡觀察獲得的纖維的形貌，纖維取向度良好，纖維沿著轉筒軸向排列，平均直徑約為500nm。
【主權項】
1.一種利用磁場誘導制備軸向有序排列管狀物的靜電紡絲裝置，其特征在于:包括微量注射栗、儲液器、導電毛細管、環狀鐵氧體磁鐵、滾筒和直流高壓電源；玻璃注射器作為儲液器貯存紡絲液；玻璃注射器固定在微量注射栗上，由微量注射栗控制紡絲液擠出速率；不銹鋼注射針頭作為導電毛細管，針頭的孔徑為0.4-1.2mm ;滾筒連接電機，通過導線接地；高壓直流電源正極連接在不銹鋼注射針針頭上，為靜電紡絲過程提供電場；一對環狀鐵氧體磁鐵同軸平行嵌套在滾筒上，兩磁鐵間距為4-lOcm，為靜電紡絲過程提供穩定磁場； 所述的聚合物紡絲溶液中的聚合物為纖維素、殼聚糖、蠶絲蛋白、聚丙烯腈、聚乳酸、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚膦腈、聚乳酸羥基乙酸共聚物中的一種；所述的聚合物紡絲溶液中的溶劑為N，N-二甲基甲酰胺、二氯甲烷、二甲基亞砜、二甲基酰胺、N-甲基吡咯烷酮、氯仿、甲酸、醋酸中的一種或多種；所述的聚合物紡絲溶液的濃度為8wt.% -40wt.% ;聚合物紡絲溶液流速為0.2-3mL/h ;注射器針尖到滾筒的距離為5-20cm，滾筒轉速為1000_4000r/min ;高壓直流電源正極輸出電壓為0-50kV。
【專利摘要】本發明提供了一種利用磁場誘導制備軸向有序排列管狀物的靜電紡絲裝置，可制備三維有序排列管狀組織工程支架材料。本發明裝置包括微量注射泵、儲液器、導電毛細管、直流高壓電源、接收裝置和環狀鐵氧體磁鐵。儲液器為玻璃注射器，將其固定在微量注射泵上，注射泵可以精確控制紡絲液的擠出速率；導電毛細管為尖端磨平的不銹鋼注射針；接收裝置為滾筒，與電機相連；直流高壓電源正極連接不銹鋼注射針，作為接收裝置的滾筒通過導線接地，使不銹鋼注射針針頭與接收裝置間產生高壓電場；一對鐵氧體環狀磁鐵嵌套在滾筒上，隨滾筒一起轉動，兩磁鐵間距4-10cm，使接收裝置處于穩定磁場中。本發明提供了一種利用磁場誘導制備軸向有序排列管狀物的靜電紡絲裝置，與單一滾筒法制備管狀支架相比，此裝置制得纖維有序度大大提高，拓寬了靜電紡絲的應用領域。
【IPC分類】D01D5/00
【公開號】CN105200540
【申請號】CN201510707538
【發明人】李萍, 張書培, 牛旭鋒, 李昆, 樊瑜波
【申請人】北京航空航天大學
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2015年10月27日