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技术:静电纺核壳纤维的方法介绍
2019/11/28 22:19:19 admin

  核-壳纤维通常用于分子释放或制造复合纤维。在受控的药物释放中,药物通常被包封在纤维的核内,使得聚合物壳层充当屏障减少不希望的突释。核-壳纤维也可用于自修复材料中包封单体或引发剂。核-壳纤维复合材料的常见用途是具有机械上更强的核材料和功能性壳材料。

  同轴喷嘴是用于生产核-壳纤维的最早方法,然而,已经发现其他方法能够形成核-壳纤维。在一些溶液混合物中,分子在静电纺丝过程中可以自我组织,分子的载体溶剂可以是不混溶的,使得溶剂可以分离并收集干燥的核-壳纤维。

  同轴喷嘴

  核壳纤维通常通过使用同轴喷嘴进行静电纺丝而生产[Yarin等2007]。同轴喷嘴包括两个圆柱体,其中一个圆柱体位于较大圆柱体的圆心内。两种不同的溶液通过内外筒同时分配,并以与传统单孔喷嘴相同的方式进行充气。可以修改几个参数以控制纤维的尺寸及核和壳材料的体积比。纤维直径可以通过喷嘴直径来控制,而体积比是通过核和壳溶液的进料速率来控制[Chakraborty等2009]。对核和壳溶液的选择也有一些标准。 Chakraborty等人(2009年)建议选择具有相似挥发性的溶液对,并使用核/壳溶液混溶性差的中间溶剂。

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  不混溶溶液

  静电纺丝两种不混溶溶液可产生核-壳纤维,Bazilesky等人(2007)已经证明了这一点,其中较轻的聚丙烯腈/二甲基甲酰胺溶液漂浮在较重的聚(甲基丙烯酸甲酯)/DMF溶液的上面。无论何时将一滴较重的聚(甲基丙烯酸甲酯)溶液吸入射流中,都会启动核壳电纺丝。尽管液滴可能看起来很小,但体积足以吸引一米以上的核-壳纤维。作为这一过程的演变,通过将导线穿过两种不混溶的溶液,导线涂有两层溶液[Forward et al 2012]。足够电压施加到溶液上,开始静电纺丝并形成核壳纤维结构。

  当不混溶的液体被制成乳液时,不混溶液滴沿纤维核的线性排列能够形成核-壳纤维[Wang等2014,Li 2010]。乳液静电纺丝的一种可能的组合是具有表面活性剂的油包水乳液以形成不混溶的液滴[Wang等2014]。乳剂静电纺丝在药物包封中特别感兴趣,因为它允许将水溶性药物包封在聚合物壳内用于受控药物释放。

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  自组织

  分子和离子的分布和取向受几个因素影响,如结晶度、材料混合物与分子迁移率之间的相互作用。 Tsaroom等人(2011)观察到,在高正电荷下电静电纺丝后,形成核-壳聚合物-金属盐纤维,带正电荷的金属盐浓缩在纤维核上。但是,只有当金属盐与聚环氧乙烷聚合物混合,而不与聚丙烯酸混合时才会出现这种情况。据推测,在正的外电荷的影响下,聚丙烯酸的负离子与正金属盐之间的相互作用限制了任何金属盐离子的分布。用中性的聚环氧乙烷形成核-壳结构,核富含金属盐。然而,施加负高压并没有看到正金属向壳的浓度偏移。这归因于聚环氧乙烷表面的结晶,防止了表面金属盐的聚集。

  静电纺丝过程中离子的迁移也可以与UV光聚合技术结合以产生稳定的核-壳纤维。 Niu等人(2016)使用这一概念来生产以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为核材料,Si原子为壳的核-壳纤维。对于它们的静电纺丝,将具有Si原子的巯基烯单体和引发剂混合到PVP溶液中。在静电纺丝过程中,溶剂的蒸发使带有Si原子的较小巯基烯单体和引发剂迁移到静电纺射流表面,在UV下,含有Si原子的巯基单体沉积在收集器之前在静电纺射流的表面上聚合。 使用类似的离子迁移概念,Niu等(2016b)将含有氟的光引发剂以二甲基甲酰胺(DMF)作为溶剂加入到聚丙烯腈(PAN)溶液中。 在静电纺丝过程中,光引发剂迁移到纤维表面。所得到的光敏纤维通过在PAN纤维表面上的UV照射进行聚合,用于引发丙烯酸三丙二醇酯(TPGDA)和丙烯酸羟乙酯(HEA)单体。值得注意的是,该反应在静电纺丝后进行。使用TEM的后反应成像显示出独特的核-壳纤维结构。

  静电纺丝过程中溶液中不同分子量的聚合物的流动也可能导致分子分离。 Niu等(2015)通过用低、中和高分子量聚乙烯醇的混合物制备前体溶液来证明了这一点。在静电纺丝过程中,他们假设低分子量、中等分子量和高分子量的聚乙烯醇将分离形成三层,分子量最低的PVA分布在核中,而不是均匀分布。他们用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)代替低分子量PVA进行静电纺丝验证了这一假设,然后除去PVP得到空心管。

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