靜電紡絲制備聚合物多孔纖維及其應(yīng)用研究.pdf

1、靜電紡絲技術(shù)是目前可以有效獲得直徑在幾十到幾百納米范圍內(nèi)超細(xì)纖維的最簡(jiǎn)單而有效方法,近年來引起了越來越多科研工作者的廣泛關(guān)注。靜電紡絲制備的多孔纖維較傳統(tǒng)的無孔纖維具有更高的比表面積和更大的粗糙度,因而在生物組織工程、反應(yīng)催化劑載體、超高靈敏度生物傳感器和過濾膜等領(lǐng)域有更廣泛的應(yīng)用。本論文通過電紡制備了多孔纖維及以電紡纖維膜為有機(jī)模板,利用仿生合成的思路制備了有機(jī)/羥基磷灰石復(fù)合材料,并對(duì)其性能進(jìn)行研究,主要工作包括以下幾個(gè)方面:

2、>　　 (1)通過靜電紡絲法制備了大量尺寸為60-750 nm橢圓形多孔結(jié)構(gòu)的醋酸纖維素(CA)纖維。通過SEM表征了纖維表面多孔的形態(tài)和大小,BET方法測(cè)定了多孔纖維的比表面積。探討了溶劑種類、溶劑配比、溶液濃度、相對(duì)濕度對(duì)CA纖維多孔結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明,通過調(diào)節(jié)紡絲溶液性質(zhì)和紡絲參數(shù),CA纖維表面的多孔大小和分布密度是可調(diào)控的。纖維的多孔結(jié)構(gòu)可以大幅度地提高它的比表面積。研究表明多孔結(jié)構(gòu)CA超細(xì)纖維的比表面積約為無孔或少孔對(duì)照纖

3、維的10倍。
　　 (2)通過靜電紡絲法制備了表面多孔的聚己內(nèi)酯(PCU)超細(xì)纖維。由SEM和AFM表征了纖維及孔的形貌與大小?？椎男螤顬闄E圓形,大多數(shù)孔的大小為幾百納米。纖維上孔的直徑受到溶劑種類、環(huán)境溫度、相對(duì)濕度和PCL濃度的影響。以三氯甲烷(TCM)為溶劑可以方便地得到多孔纖維,但以沸點(diǎn)與TCM相近的丙酮為溶劑卻只能得到表面無孔的纖維。表面的多孔結(jié)構(gòu)增加了纖維的粗糙度及比表面積,利于細(xì)胞的吸附,使聚己內(nèi)酯多孔纖維有望用作

4、優(yōu)異的組織工程支架材料。將牙髓干細(xì)胞(DPSCs)與纖維支架復(fù)合培養(yǎng),研究發(fā)現(xiàn)多孔PCL支架比傳統(tǒng)的無孔PCL支架更利于DPSCs黏附,細(xì)胞在各組支架上均能正常增殖。
　　 (3)將靜電紡絲制備的醋酸纖維素超細(xì)纖維水解為纖維素納米纖維(CNF),并對(duì)其進(jìn)行磷酸化改性得到磷酸化纖維素纖維(PCNF)。根據(jù)仿生合成的原理,將纖維素納米纖維(CNF)和磷酸化纖維素纖維(PCNF)浸泡在37℃的1.5倍模擬體液中,合成了羥基磷灰石(HA

5、p)/CNF及HAp/PCNF復(fù)合材料。用X射線粉末衍射儀(XRD)、冷場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)、場(chǎng)發(fā)射透射電子顯微鏡(HRTEM)、傅立葉紅外光譜儀(FTm)和X射線光電子能譜儀(XPS)對(duì)材料進(jìn)行了表征。XRD結(jié)果表明,模擬體液中培養(yǎng)14天后,CNF和PCNF上都生成了HAp晶體,其晶粒大小分別為20 nm和24 nm。SEM結(jié)果表明,每根PCNF纖維都被HAp晶體均勻包圍,而CNF纖維上只形成了少量HAp晶體。纖維上的HAp

6、晶體隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)而增厚。XPS結(jié)果表明,磷酸化處理使磷元素接枝到CNF上形成PCNF,仿生合成后PCNF上形成了HAp,且PCNF與HAp之間形成了化學(xué)鍵。HRTEM結(jié)果表明,纖維表面的HAp有晶體晶格,其晶面間距為0.283 nm,對(duì)應(yīng)于HAp的(211)晶面。FTIR結(jié)果表明,仿生合成的晶體為缺鈣型的HAp,其組分中的部分磷酸根被碳酸根和磷酸氫根取代。
　　 (4)通過靜電紡絲制備了聚丙烯腈(PAN)納米纖維,將其部分

7、水解得到具有羧基官能團(tuán)的PAN纖維(H-PANF)。將H-PANF浸泡在37℃的1.5倍模擬體液中仿生合成了具有三維多孔結(jié)構(gòu)的HAp/H-PANF復(fù)合材料。對(duì)纖維復(fù)合支架材料進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征,XRD結(jié)果表明,模擬體液培養(yǎng)14天后,纖維上都生成了羥基磷灰石晶體,其晶粒大小為16.4 nm。SEM結(jié)果表明,每根H-PANF都被羥基磷灰石晶體均勻包圍,纖維上的HAp晶體隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)而增厚直至達(dá)到一定厚度后不再增加。XPS結(jié)果表明,部分水解