楊氏模量具有重要影響。
【具體實(shí)施方式】
[0062]圖1顯示了可以用于通過(guò)從靜電紡絲設(shè)備16收集帶電纖維而制備連續(xù)長(zhǎng)絲的裝置的示意圖。凝聚槽2由從輪4拉出并經(jīng)由接地的刷形觸頭6的金屬絲提供。在圍繞收集輪12進(jìn)行纏繞前，該金屬絲跨越兩個(gè)支持輪8、10。當(dāng)金屬絲2通過(guò)兩個(gè)支持輪8、1之間時(shí)，帶電纖維14在設(shè)置為8.6kV的靜電紡絲設(shè)備16的金屬絲2上沉積。清掃系統(tǒng)18位于金屬絲2下面，由繞兩個(gè)輪循環(huán)的刀片20形成。刀片20由絕緣材料形成，并且在循環(huán)中進(jìn)行清掃以切斷沒(méi)有完全被吸引到收集金屬絲2的任何纖維14，以防止它們橋接至鄰近表面。在第二支持輪10后有一個(gè)長(zhǎng)絲分離器22。這是在槽口中具有刀片的槽口輪，其用于切割在金屬絲2下面橋接的任何纖維14，使長(zhǎng)絲24被結(jié)合到金屬絲2。然后可以將該長(zhǎng)絲24從金屬絲2上拿起并纏繞至單獨(dú)的收集輪26。
[0063]在使用中，將金屬絲2在纖維源16下面以6cm/min從源16約20cm的距離處拉出。對(duì)金屬絲2的速度進(jìn)行選擇，是為了考慮到將纖維吸引并收集到其表面達(dá)到足夠厚度以產(chǎn)生三維長(zhǎng)絲24。由于纖維14的帶電特性，它們不會(huì)完全被直接吸引到金屬絲2，一些可從金屬絲2“橋接”至附近的表面，或繞到金屬絲2的下面。由清掃器18或長(zhǎng)絲分離器22對(duì)這些“橋接”纖維進(jìn)行切斷，以防止它們形成長(zhǎng)絲24中的弱點(diǎn)或斷裂并防止后續(xù)纖維的正確沉積。然后，可以以手動(dòng)方式或自動(dòng)方式從收集金屬絲2提起所形成的長(zhǎng)絲24，并且可以將其纏繞至收集輪26。因此可以對(duì)其進(jìn)行連續(xù)收集，并且切割成使用者決定的所需要長(zhǎng)度?？梢栽诜蛛x后將收集金屬絲2收起，并在重復(fù)利用前將其纏繞至用于清洗的分離輪12上。可選地，可以將金屬絲2循環(huán)回輪8和10之間，以使得其形成連續(xù)循環(huán)。兩個(gè)支持輪8、10之間的金屬絲2的長(zhǎng)度足夠大以使得金屬絲2對(duì)纖維14呈現(xiàn)出連續(xù)性，并且沒(méi)有末端影響。
[0064]圖2顯示了由輔助電極19取代清掃系統(tǒng)18的可選裝置的示意圖。該電極19產(chǎn)生輔助電場(chǎng)，促進(jìn)帶電纖維14收集到金屬絲2上。電極19和金屬絲2之間產(chǎn)生的勢(shì)差有助于將纖維14吸引到收集器。這有助于防止任何在金屬絲2和其它表面之間“橋接”的纖維14，擺脫了對(duì)前面實(shí)施方案中清掃設(shè)備18的需要。
[0065]圖3顯示了由上面裝置制備的長(zhǎng)絲24，其中，圖3a顯示了長(zhǎng)絲24的俯視圖，即從噴絲裝置16向下看，而圖3b顯示了仰視圖。盡管在金屬絲2的三維上表面上收集了大部分纖維14，如在圖3b中，一些纖維28橋接并在金屬絲2的下面可被觀察到。這些橋接纖維28可弱化長(zhǎng)絲24的結(jié)構(gòu)，并由此被分離器22切斷以防止這種弱化。
[0066]圖4a顯示了正在從收集金屬絲2分離的長(zhǎng)絲24。這發(fā)生在收集器2跨越分離器22之后，當(dāng)任何橋接纖維28被繼而切斷并且釋放出長(zhǎng)絲24。在被纏繞到收集輪26之前，將長(zhǎng)絲24從收集器2提起。圖4b顯示了已經(jīng)從收集金屬絲2分離的長(zhǎng)絲24。纖維主要地具有無(wú)規(guī)取向。圖4c顯示從100%拉伸至350%之后的長(zhǎng)絲24。在這個(gè)實(shí)施例中，長(zhǎng)絲24被拉長(zhǎng)了原長(zhǎng)度的250%。該拉伸工藝使纖維29沿長(zhǎng)絲24的縱向軸進(jìn)行定向。然而，大量交聯(lián)仍然存在于定向的纖維29之間，這增加了所制備的長(zhǎng)絲24的強(qiáng)度。因此經(jīng)過(guò)定向的纖維29彼此連接，而不是簡(jiǎn)單的彼此相鄰。這增加了所得到的長(zhǎng)絲24的強(qiáng)度。經(jīng)過(guò)拉伸的長(zhǎng)絲24可繼而用于以這種方式制備織物，或與其它長(zhǎng)絲扭轉(zhuǎn)在一起制備紗線的形式制備織物。
[0067]圖4a至4c說(shuō)明了使用金屬絲作為收集器是很有效的對(duì)電場(chǎng)進(jìn)行集中并將纖維組裝為密集細(xì)長(zhǎng)的網(wǎng)格的方法。可以將該網(wǎng)格分離成長(zhǎng)絲而不采用諸如乙醇的液體以將其從金屬絲分離。這提供了明顯的優(yōu)勢(shì)，特別是在摻入生物活性分子或采用水溶性聚合物時(shí)。該技術(shù)簡(jiǎn)單，價(jià)格適中，并且電動(dòng)輪的使用提供了對(duì)長(zhǎng)絲形成、分離和收集的良好控制。
[0068]圖5顯示了由現(xiàn)有技術(shù)方法制備的紗線30。將帶電纖維(在7.3kV生成)收集在距離纖維源20cm的以2000rpm旋轉(zhuǎn)的接地旋轉(zhuǎn)鼓上，使得帶電纖維產(chǎn)生網(wǎng)格32。然后將該網(wǎng)格32從帶上提起并乳制為紗線30。雖然這種紗線可能具有相似的整體外觀，因?yàn)槠湟呀?jīng)從對(duì)網(wǎng)格32進(jìn)行乳制而形成，各層之間沒(méi)有任何連接，制得了與由扭轉(zhuǎn)根據(jù)本發(fā)明制備的長(zhǎng)絲所制備的紗線相比較弱的紗線。
[0069]圖6顯示了可以從靜電紡絲長(zhǎng)絲24制備紗線34的方法。在這個(gè)實(shí)施例中，一組16根長(zhǎng)絲24被用來(lái)制備紗線34。將長(zhǎng)絲24以四根組成的組向右以400捻度/米進(jìn)行扭轉(zhuǎn)以形成‘ S ’扭曲36，之后將四組‘ S’扭曲36以200捻度/米向左扭轉(zhuǎn)到一起以形成‘ Z’扭曲38，由此制備紗線34。‘S’扭曲36和‘Z’扭曲38的比( = 2)具有的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于其使得靜電紡絲纖維沿紗線34的軸而定向。將長(zhǎng)絲24組裝成紗線34可以用來(lái)模擬天然肌腱束的層次結(jié)構(gòu)?？梢詫?duì)紗線34進(jìn)行熱處理以激活可被靜電紡絲至長(zhǎng)絲上的粘性層，從而將扭曲36、38保持在一起。當(dāng)然，也可以采用其它扭轉(zhuǎn)方式。
[0070]圖7中的圖形對(duì)如圖5中所展示的經(jīng)過(guò)乳制紗線30與如在圖6中所制備的多單絲紗線34進(jìn)行了。兩種紗線具有大致相同的在300和400μπι之間的直徑，并由從溶解在1,1,1,3,3，3-六氟異丙醇(HFIP)中的9%聚對(duì)二氧環(huán)己酮(PDO)的溶液中紡成的纖維制得。如從圖中可看出的，由經(jīng)過(guò)扭轉(zhuǎn)的長(zhǎng)絲24制得的紗線34可承受大于斷裂前的力的五倍。此外，由于紗線34的形狀，當(dāng)紗線開(kāi)始要斷裂時(shí)，一根斷裂長(zhǎng)絲40不意味著整個(gè)紗線34會(huì)斷裂。這可通過(guò)圖8看出，其顯示了斷裂中的紗線34。有可能的是，一根長(zhǎng)絲40斷裂而其它15根長(zhǎng)絲42保持完成。對(duì)于經(jīng)過(guò)乳制的紗線30，由于其整個(gè)是從一個(gè)靜電紡絲網(wǎng)格32制備的，當(dāng)它開(kāi)始斷裂，整個(gè)紗線30容易斷裂。
[0071]圖9顯示了從根據(jù)本發(fā)明的長(zhǎng)絲24制備的片(patch)44。如圖6所示，將這些長(zhǎng)絲24扭轉(zhuǎn)在一起而形成紗線34，再對(duì)多根紗線34進(jìn)行編織以制備織物片44?？梢詫⑦@種平的編織片44用于醫(yī)藥應(yīng)用中，例如骨科修復(fù)。可以將細(xì)胞培養(yǎng)于編織片44上，因?yàn)槎嗬w維長(zhǎng)絲24具有紋理，該紋理與單長(zhǎng)絲相比更加仿生并且具有改善的細(xì)胞貼附和生長(zhǎng)。
[0072]圖1Oa顯示了具有根據(jù)本發(fā)明的具有收集器的紡絲裝置16的示意圖，其中紡絲裝置16采用噴嘴46將纖維吐絲到收集金屬絲2上。圖1Ob展示了如何將從噴嘴46吐絲的纖維收集到金屬絲2上。圖1Ob中的六幅圖(標(biāo)記為(i)至(vi))顯示了纖維如何隨收集時(shí)間的增加構(gòu)建在金屬絲2上。通過(guò)降低在源下方拉出凝聚槽的速度或提高纖維沉積的速率而延長(zhǎng)收集時(shí)間。纖維主要在凝聚槽上收集，即最靠近噴嘴46的一側(cè)。然而，由于金屬絲2具有圓形橫截面，并且完全由導(dǎo)電材料形成，纖維分散于金屬絲2周圍并且較少量的纖維在側(cè)面48的周圍收集，由此形成三維長(zhǎng)絲(參見(jiàn)圖10b(ii)至lOb(iv))。
[0073]因?yàn)樵絹?lái)越大量的纖維在金屬絲2上收集，長(zhǎng)絲開(kāi)始伸展，形成翼50(參見(jiàn)圖1Ob(V)和1b(Vi))。這是由于，貼附于金屬絲2的纖維在金屬絲2的周圍形成絕緣層，降低了纖維和金屬絲2之間的吸引力。因此，纖維并不牢固地吸引至金屬絲2，由此并不形成與金屬絲的形狀非常近似的形狀，使得翼50向外延伸。如從圖1Ob(Vi)中可看出，長(zhǎng)絲52最終可到達(dá)一定尺寸，其具有顯著大于金屬絲2直徑的寬度54，由于纖維主要地在噴嘴46附近的金屬絲2的一側(cè)上收集，長(zhǎng)絲52還具有基本上的三維形狀。
[0074]所展現(xiàn)的橫截面形狀為如何收集纖維以形成長(zhǎng)絲的一個(gè)示例。長(zhǎng)絲的形狀可取決于所使用的材料，以形成電紡絲纖維和收集器，因?yàn)槔w維被吸引至凝聚槽，這將決定纖維的位置。為了獲得所需要的長(zhǎng)絲的橫截面，可以對(duì)材料進(jìn)行選擇，例如，如前面所述的，通過(guò)具有由導(dǎo)電材料制得的收集器和由非導(dǎo)電材料制得的其它收集器的特定截面。
[0075]實(shí)施例:收集具有接地金屬絲的靜電紡絲纖維、制備長(zhǎng)絲并將長(zhǎng)絲組裝為紗線
[0076]示例性方法采用薄導(dǎo)電金屬絲導(dǎo)軌來(lái)收集靜電紡絲纖維并形成長(zhǎng)絲。在實(shí)驗(yàn)性設(shè)置中，將金屬絲2放置在如在圖1中所繪制的靜電紡絲噴嘴16下方。通過(guò)將聚對(duì)二氧環(huán)己酮(PDO，粘度1.5至2.2dl/g，Sigma-Aldrich Chemicals Company Ltd.，多塞特郡，英國(guó))以9% (重量與體積的比)的濃度溶解至I，1,1,3,3,3-六氟異丙醇(HFIP，ApoI1 ScientificLtd.，柴郡，英國(guó))中來(lái)制備靜電紡絲溶液。
[0077]該工藝存在于不銹鋼金屬絲(直徑ΙΟΟμπι)上的靜電紡絲PDO纖維。金屬絲2在進(jìn)料輪4和電動(dòng)收集輪12之間延展，并以3.7cm/min的速率位移。噴嘴16和金屬絲2之間的距離為20cm，且施加的平均電壓為8.6kV。在金屬絲2的下方，在靜電紡絲區(qū)域，刮刷(例如刀片20)的有規(guī)律地通過(guò)以防止纖維從金屬絲2橋接。將金屬絲2和刮刷20之間的距離設(shè)置在I至4cm之間。然后將靜電紡絲長(zhǎng)絲24連續(xù)地