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短电纺纳米纤维构建三维支架方面的研究
2019/12/14 11:29:48 admin


Illustration of short electrospun fibers

  静电纺丝通常组成纤维网薄膜,其中,相互连接的长纤维可以阻止纤维的运动以保持纤维膜的二维结构。为了在二维薄膜的基础上聚集纤维形成三维块状结构,一种方法是通过将纤维网转换成短纤维来分解纤维网。这可以通过多种方式实现,例如化学处理,切碎和研磨。如果它们可以结合在一起,则短纤维可以重新组合形成三维块状结构。Chen等(2016)通过将电纺凝胶/聚(L-丙交酯)膜切成小块(1厘米×1厘米)并通过在叔丁醇中均匀分散而形成短链纳米纤维。然后再将混合物倒入模具中冷冻干燥以形成松散、不稳定的三维支架。通过戊二醛进行交联使纤维之间形成互连网络以形成稳定的三维支架。

  使用冷冻干燥可以在形成的3D结构内构筑大孔,并且控制大孔的尺寸,从而构建具有分层结构的纤维膜。大孔的壁由短链纳米纤维形成,并且壁包含了纳米纤维之间空间的微孔。这种高度多孔的结构非常轻,已被Si等人(2014)证明可以漂浮在冷空气中。Duan等人(2015)做的压缩试验表明,它具有最低的抗压强度。为了能够在三维海绵结构中引入大孔,同时使纳米纤维形成微孔, Deuber等人(2016)通过电纺普鲁兰多糖/聚乙烯醇纳米纤维,并且在1,4二氧六环溶剂中冷冻干燥。电纺丝海绵内可能产生9.5至123μm之间的次级孔径,冷冻干燥后得到的3D海绵,再通过热交联以改善其机械性能。如果在潮湿条件下使用,海绵会失去其宏观结构,但它可以用于空气过滤或在干燥环境下作为催化剂载体。

  水凝胶可用作胶黏剂以将短链纤维粘结在一起。Rivet等人(2015)通过采用聚乙烯醇(PVA)薄膜作为脱模剂在基底上收集排列的聚(L-丙交酯)(PLLA)纤维来制造单独的短链纳米纤维。将具有沉积PLLA纤维的基材切割成垂直于纤维取向约1mm宽度的短段。随后溶解在水中以除去纤维中的PVA。然后将分散的短PLLA纤维与琼脂糖/甲基纤维素水凝胶进行混合。 其他材料如明胶和纤维蛋白胶也可用作粘合剂。

  对于某些材料,短链纤维的粘合不需要外部胶黏剂。由具有较低熔点的材料制成的短股纤维可以在加热的条件下熔合在一起。Xu等人(2015)使用电纺聚己内酯(PCL)纤维证明了这一点。将收集的PCL膜在液氮气氛下研磨成短纳米纤维,使纤维易碎并用筛子分离。随后将短纤维悬浮在水、乙醇和明胶的混合物中以形成均匀的分散体。将悬浮液加热至55℃,接近PCL的熔点60℃,纤维发生聚集,这可能是由于随机接触点处纤维发生融合造成的。

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