本發(fā)明屬于靜電紡絲技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種結(jié)構(gòu)可控的醋酸纖維素/聚苯胺納米纖維靜電紡絲制備方法。

背景技術(shù)：

靜電紡絲技術(shù)是制備納米級纖維的一種簡單且經(jīng)濟(jì)的方法。在近幾年的研究中，由于靜電紡絲纖維膜與天然細(xì)胞外基質(zhì)的結(jié)構(gòu)相似，越來越多的研究者開始關(guān)注并研發(fā)具有特定結(jié)構(gòu)以及取向的纖維膜產(chǎn)品用以模擬天然細(xì)胞外基質(zhì)結(jié)構(gòu)。

在生物應(yīng)用方面，具有特殊的靜電紡絲纖維結(jié)構(gòu)可以促進(jìn)組織再生過程中的生物響應(yīng)，例如促進(jìn)蛋白質(zhì)吸附、細(xì)胞的吸附與增殖等。除此之外，研發(fā)有序排列的納米纖維在復(fù)合增強(qiáng)、納電子學(xué)、光電子及傳感器方面具有更廣泛的應(yīng)用。

在之前國內(nèi)外的研究中，旋轉(zhuǎn)輪鼓作為制備結(jié)構(gòu)可控電紡纖維的常用接收裝置被大量使用，但必須設(shè)定合理的旋轉(zhuǎn)速度以得到連續(xù)而沒有斷裂的纖維，實(shí)驗操作具有一定難度。此外，旋轉(zhuǎn)輪鼓在紡絲過程中為高耗能產(chǎn)品，會提高工業(yè)化成本。Zhang等(Zhang D,Chang J.Patterning of electrospun fibers using electroconductive templates[J].Advanced Materials,2007,19(21):3664-3667.)利用具有特殊結(jié)構(gòu)的接收裝置制備了具有拓?fù)渑帕械睦w維，此方法為得到有序排列的電紡纖維開辟了一條新的途徑。然而，該紡絲設(shè)備和接收裝置的設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)可控電紡，但當(dāng)接收纖維量增大時，可控性較差。良好的導(dǎo)電性能在電場的作用下會促進(jìn)纖維排列，有助于得到結(jié)構(gòu)可控的納米纖維膜。

醋酸纖維素因其擁有良好的水解穩(wěn)定性，低毒性，良好的生物降解性和優(yōu)異的相容性等優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)而選取醋酸纖維素作為復(fù)合纖維的基體。與此同時，鑒于低溫制造，良好的機(jī)械強(qiáng)度和環(huán)境穩(wěn)定性等要求，聚苯胺作為極性組分添加于醋酸纖維素/聚苯胺復(fù)合納米纖維中。聚苯胺是一種具有導(dǎo)電性能的高分子聚合物。因其導(dǎo)電率高、環(huán)境穩(wěn)定性強(qiáng)、生物相容性好、氧化還原性好、合成方法簡單、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)而備受青睞，已經(jīng)在不同的領(lǐng)域中得到應(yīng)用。例如，傳感器，生物醫(yī)學(xué)，電子和電致變色器件等方面。

本發(fā)明針對電紡前驅(qū)液的電導(dǎo)率，接收距離，收集時間作為重要參數(shù)在本發(fā)明中做了詳細(xì)分析。此外，引入有限元分析法來分析電場的分布，以更好的解釋電場力分布與復(fù)合纖維之間的作用關(guān)系。利用具有生物相容性、導(dǎo)電性的高分子聚合物聚苯胺作為添加劑改性，醋酸纖維素復(fù)合納米纖維將在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有更廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)可控的醋酸纖維素/聚苯胺納米纖維靜電紡絲制備方法。本發(fā)明提供的制備方法得到的納米纖維膜結(jié)構(gòu)具有有序排列，改善加工性能的特點(diǎn)。

本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)可控的醋酸纖維素/聚苯胺納米纖維靜電紡絲制備方法，包括如下步驟并結(jié)合附圖說明如下：

本發(fā)明包括紡絲前驅(qū)液的配置，電紡參數(shù)的設(shè)定，接收基板的設(shè)計三大步驟，具體實(shí)施步驟如下:

步驟1：配制紡絲前驅(qū)液

以丙酮與蒸餾水的混合物為溶劑，丙酮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50～90％，將醋酸纖維素與上述溶劑混合配制8～15wt％的醋酸纖維素溶液，利用超聲清洗器超聲1～2小時得到無色澄清且有一定粘度的醋酸纖維素溶液，再將聚苯胺加入到醋酸纖維素溶液中，聚苯胺質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0～0.5％，在常溫下磁力攪拌10～14小時，得到紡絲前驅(qū)液；

步驟2：將紡絲前驅(qū)液注入注射器中，再將注射器固定于推進(jìn)泵上，高壓電源正極連接注射器針頭，負(fù)極連接平行銅絲；

步驟3：設(shè)置電放參數(shù)：外加電壓10～20千伏，注射器的針頭與平行銅絲的距離為10～15厘米，推進(jìn)速度設(shè)定為0.5～1.5毫升每小時，平行銅絲間距為0.2～2厘米，紡絲時間2～5分鐘。接通電源，電紡纖維被接收器平行銅絲接收。

步驟4：電紡纖維膜冷凍干燥保存。

步驟1所述的醋酸纖維素密度1.2～1.4克每立方厘米，熔點(diǎn)在230～300攝氏度之間，親水且無毒；所述的聚苯胺是一種具有導(dǎo)電性能的高分子聚合物。

步驟2所述注射器針頭為5毫升醫(yī)用注射器針頭內(nèi)徑0.41毫米。

步驟3所述靜電紡絲過程在室溫下，空氣濕度為20～50％。

步驟4所述的冷凍干燥保存是利用冷凍干燥機(jī)除去纖維膜中殘余的溶劑，設(shè)置工作溫度-50攝氏度，真空度10帕，冷凍干燥24～36小時。

本接收器是將平行銅絲至于載玻片上方，銅絲兩端用絕緣膠帶固定。

與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的有益效果是：

利用電紡絲技術(shù)，有效的將醋酸纖維素與聚苯胺兩種物質(zhì)優(yōu)點(diǎn)結(jié)合，改善加工性能，通過改變聚合物的導(dǎo)電性實(shí)現(xiàn)材料的可控電紡，為電紡纖維膜的進(jìn)一步應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

本發(fā)明方法具有工藝簡單，易操作，成本低，可以用于工業(yè)化生產(chǎn)。

本發(fā)明所制備的復(fù)合纖維膜在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有更廣闊的應(yīng)用前景。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明：

圖1為本發(fā)明實(shí)施采用的靜電紡絲設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施得到的(a)醋酸纖維素-0.05％聚苯胺電紡纖維；(b)醋酸纖維素-0.1％聚苯胺電紡纖維；(c)醋酸纖維素-0.5％聚苯胺電紡纖維；(d)醋酸纖維素-0.5％聚苯胺-樟腦磺酸電紡纖維；在距離為2cm的平行銅絲之間排布的電子顯微鏡圖片；

圖3為本發(fā)明實(shí)施得到的醋酸纖維素-0.1％聚苯胺電紡纖維在不同的銅絲間距(a)0.2cm；(b)0.5cm；(c)1cm；(d)2cm排布的電子顯微鏡圖片；

圖4為本發(fā)明實(shí)施得到的銅絲間模擬電場強(qiáng)度向量圖片(箭頭表示電場線方向)；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細(xì)的描述:

實(shí)施例1

一種結(jié)構(gòu)可控的醋酸纖維素/聚苯胺納米纖維靜電紡絲制備方法,具體包括以下步驟：

(1)以丙酮與蒸餾水的混合物為溶劑，丙酮與水的質(zhì)量比為50:50，配制10wt％醋酸纖維素溶液。利用超聲清洗器超聲1小時得到無色澄清且有一定粘度的醋酸纖維素溶液，稱取0.1wt％聚苯胺加入到醋酸纖維素溶液中，在常溫下磁力攪拌12小時，得到紡絲前驅(qū)液。

(2)將紡絲前驅(qū)液注入注射器中，再將注射器固定于推進(jìn)泵上：設(shè)置紡絲電壓U＝20千伏，平行銅絲與噴絲頭之間的距離L＝15厘米，平行銅絲間距為0.2厘米，推進(jìn)速率R＝2毫升每小時，紡絲時間2分鐘，電紡纖維被平行銅絲接收。電紡纖維膜冷凍干燥后保存。

實(shí)施例2

一種結(jié)構(gòu)可控的醋酸纖維素/聚苯胺納米纖維靜電紡絲制備方法,具體包括以下步驟：

(1)以丙酮與蒸餾水的混合物為溶劑，丙酮與水的質(zhì)量比為85:15，配制10wt％醋酸纖維素溶液。利用超聲清洗器超聲2小時得到無色澄清且有一定粘度的醋酸纖維素溶液。稱取0.5wt％聚苯胺加入到醋酸纖維素溶液中，在常溫下磁力攪拌14小時，得到紡絲前驅(qū)液。

(2)將紡絲前驅(qū)液注入注射器中，再將注射器固定于推進(jìn)泵上：設(shè)置紡絲電壓U＝15kv，平行銅絲與噴絲頭之間的距離L＝15厘米，推進(jìn)速率R＝1.5毫升每小時，平行銅絲間距為0.2厘米，紡絲時間2分鐘，電紡纖維被平行銅絲接收。電紡纖維膜冷凍干燥后保存。

實(shí)施例3

一種結(jié)構(gòu)可控的醋酸纖維素/聚苯胺納米纖維靜電紡絲制備方法，具體包括以下步驟：

(1)以丙酮與蒸餾水的混合物為溶劑，丙酮與水的質(zhì)量比為85:15，配制10wt％醋酸纖維素溶液。利用超聲清洗器超聲2小時得到無色澄清且有一定粘度的醋酸纖維素溶液。稱取0.1wt％聚苯胺加入到醋酸纖維素溶液中。在常溫下磁力攪拌10小時，得到紡絲前驅(qū)液。

(2)將紡絲前驅(qū)液注入注射器中，再將注射器固定于推進(jìn)泵上：設(shè)置紡絲電壓U＝10千伏，平行銅絲與噴絲頭之間的距離L＝20厘米，推進(jìn)速率R＝1毫升每小時，平行銅絲間距0.5厘米，紡絲時間2分鐘，電紡纖維被平行銅絲接收。電紡纖維膜冷凍干燥后保存。

實(shí)施例4

一種結(jié)構(gòu)可控的醋酸纖維素/聚苯胺納米纖維靜電紡絲制備方法,具體包括以下步驟：

(1)以丙酮與蒸餾水的混合物為溶劑，丙酮與水的質(zhì)量比為70:30，配制10wt％醋酸纖維素溶液。利用超聲清洗器超聲1.5小時得到無色澄清且有一定粘度的醋酸纖維素溶液。稱取0.5wt％聚苯胺加入到醋酸纖維素溶液中。在常溫下磁力攪拌10小時，得到紡絲前驅(qū)液。

(2)將紡絲前驅(qū)液注入注射器中，再將注射器固定于推進(jìn)泵上：設(shè)置紡絲電壓U＝16千伏，平行銅絲與噴絲頭之間的距離L＝10厘米，推進(jìn)速率R＝1.2毫升每小時，平行銅絲間距2厘米，紡絲時間5分鐘，電紡纖維被平行銅絲接收。電紡纖維膜冷凍干燥后保存。

實(shí)施例5

一種結(jié)構(gòu)可控的醋酸纖維素/聚苯胺納米纖維靜電紡絲制備方法,具體包括以下步驟：

(1)以丙酮與蒸餾水的混合物為溶劑，丙酮與水的質(zhì)量比為85:15，配制10wt％醋酸纖維素溶液。利用超聲清洗器超聲2小時得到無色澄清且有一定粘度的醋酸纖維素溶液。稱取0.5wt％聚苯胺加入到醋酸纖維素溶液中。此外，利用摻雜誘導(dǎo)法制備摻雜態(tài)聚苯胺作為對比實(shí)驗。稱取聚苯胺50毫克、樟腦磺酸1.29×50毫克，溶于10wt％醋酸纖維素的丙酮/水溶液中，在常溫下磁力攪拌10小時，得到紡絲前驅(qū)液。

(2)將紡絲前驅(qū)液注入注射器中，再將注射器固定于推進(jìn)泵上：設(shè)置紡絲電壓U＝20千伏，平行銅絲與噴絲頭之間的距離L＝15厘米，推進(jìn)速率R＝1.5毫升每小時，平行銅絲間距2厘米，紡絲時間2分鐘，電紡纖維被平行銅絲接收。電紡纖維膜冷凍干燥后保存。

銅絲間模擬電場強(qiáng)度向量如圖4所示。電場線以兩銅絲中垂線為對稱軸垂直分布，在接近銅絲的位置電場線方向發(fā)生改變，分裂成指向銅絲的相反的兩個方向。伴隨紡絲時間的增加，銅絲間纖維呈平行有序的排列。

以上所述實(shí)例僅僅是圍繞本發(fā)明所優(yōu)選的實(shí)施例，本發(fā)明的實(shí)施方式不受所述實(shí)施例的限制。其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變,都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。