无机离子对壳聚糖—聚环氧乙烷复合物可纺性的影响及规模化静电纺丝制膜研究
材料科学与工程， 2011，硕士
【摘要】生物医用高分子材料是一个社会文明程度的物化,并伴随于人类社会的发展。高分子材料广泛应用于医学领域始于20世纪50年代。利用静电纺丝技术制备的生物医用高分子材料具有长径比高、比表面积大、孔隙率高等特点,已经得到了人们的广泛关注。但是,大量高分子材料难以借助环境友好的溶剂或者简单的技术条件实现高压
静电纺丝并应用于医学领域。本文选取生物材料中常用的壳聚糖(Chitosan;简记为Chi)和分子结构简单、性能稳定的聚环氧乙烷(PEO),通过系统探索Chi和PEO复合体系的可纺性,以及实现规模化
制备的途径,取得了良好的研究成果。具体研究内容和相关成果如下：1.无机金属离子介导Chi/PEO复合物可纺性研究首先,在目前常规静
电纺丝实验装备条件下,向Chi中加入不同比例PEO组分进行纺丝,
发现随着PEO组分显著增加,Chi的可纺性得到改善,在Chi:PEO质量比为1：9时得到连续的、表面光滑的纳米级纤维(直径为150-200 nm)。其次,选择难以实现电纺的Chi/PEO配比条件,分别研究了一、二、三价金属离子(Na+、Ca2+、Fe3+)对该高分子复合溶液可纺性的影响。
结果发现,Na+离子在较低浓... 更多还原
【Abstract】 Biomedical polymer materials are the symbol of
social civilization, accompanied with the development of human.
Polymers have been widely used on Medicine since 50s in 20th century, when the polymer industry started. Biomedical polymers prepared by electrospinning technology have attracted extensive interests since they have high length/diameter ratio, large specific surface area, high porosity, etc. Nevertheless, there are a large amount of polymer materials which have poor electrospinability or... 更多还原
【关键词】静电纺丝；可纺性；金属离子；壳聚糖；连续电纺
成膜；生物医用高分子材料；
【Key words】Electrospinning；Spinnability；metal ions；Chitosan；continuous and large-scale production；Biomedical polymer；
摘要5-7
Abstract 7-8
第一章绪论11-27
1.1 引言11
1.2 静电纺丝技术11-20
1.2.1 发展历程12
1.2.2 研究现状12-16
1.2.3 基本原理16-18
1.2.4 影响因素18-20
1.2.5 主要问题20
1.3 高分子纤维膜以及生物医学应用20-25
1.3.1 传统纤维20-21
1.3.2 纳米纤维膜21-22
1.3.3 电纺纤维膜22-23
1.3.4 传统生物医用膜23-24
1.3.5 生物医用静电纺丝膜24-25
1.4 课题的提出与研究内容25-27
第二章实验材料与测试方法27-35
2.1 化学试剂27-30
2.2 实验仪器30
2.3 材料制备30-32
2.3.1 高分子溶液的配制30-31
2.3.2 实验条件31
2.3.3 样品收集31-32
2.3.4 样品处理与保存32
2.4 材料表征32-35
第三章无机金属离子介导CHI/PEO复合物可纺性研究35-51
3.1 引言35-36
3.2 PEO掺杂Chi溶液的静电纺丝过程36-37
3.2.1 实验方案36
3.2.2 实验结果与讨论36-37
3.3 珠丝现象37-38
3.4 金属离子对静电纺丝产物微形貌的影响38-41
3.4.1 实验方案38-39
3.4.2 实验结果与讨论39-41
3.5 不同金属离子含量对静电纺丝产物微形貌的影响41-48
3.5.1 一价金属离子不同含量的影响41-42
3.5.2 二价金属离子不同含量的影响42-43
3.5.3 三价金属离子不同含量的影响43-44
3.5.4 三种金属离子对静电纺丝产物微形貌影响的对比44-48
3.6 多元金属微量元素掺杂电纺纳米纤维的初步探索48-49
3.7 本章小结49-51
第四章连续规模化制备CHI/PEO复合膜研究51-63
4.1 引言51
4.2 实验装置51-55
4.2.1 中空圆环管道多喷头和球面成膜的静电纺丝制膜装置51-53
4.2.2 改进后的进料喷头装置53
4.2.3 改进后的辅助装置53-54
4.2.4 改进后的收集装置54-55
4.3 实验方案55-57
4.4 实验结果与讨论57-61
4.4.1 不同类型收集装置57-58
4.4.2 多喷头和转动收集装置58-61
4.5 本章小结61-63
第五章总结与展望63-67
5.1 总结63-64
5.2 展望64-67
参考文献
医用高分子常用材料 学校名称：华南农业大学 院系名称：材料与能源学院 时间：2017年2月27日
3.结构与性能 3.3 常用材料 1.硅橡胶 硅橡胶是一种以Si-O-Si为主链的直链状高分子量的聚有机硅氧烷为基础，添加某些特定组分，按照一定的工艺要求加工后，制成具有一定强度和伸长率的橡胶态弹性体。 硅橡胶具有良好的生物相容性、血液相容性及组织相容性，植入体内无毒副反应，易于成型加工、适于做成各种形状的管、片、制品，是目前医用高分子材料中应用最广、能基本满足不同使用要求的一类主要材料。 具体应用有：静脉插管、透析管、导尿管、胸腔引流管、输血、输液管以及主要的医疗整容整形材料。 2.聚乳酸 聚乳酸是以乳酸或丙交酯为单体化学合成的一类聚合物，属于生物降解的热塑性聚酯，具有无毒、无刺激、良好的生物相容性、可生物分解吸收、强度高、可塑性加工成型的合成类生物降解高分子材料。 其降解产物是乳酸、CO2和H2O。经FDA批准可用作手术缝合线、注射用微胶囊、微球及埋置剂等制药的材料。u=3351883538,102612699&fm=21&gp=0 3.聚氨酯 聚氨酯是指高分子主链上含有氨基甲酸酯基团的聚合物，简称PU，是由异氰酸酯和羟基或氨基化合物通过逐步聚合反应制成的，其分子链由软段和硬段组成。聚氨酯具有一个主要的物理结构特征是微相分离结构，其微相分离表面结构与生物膜相似。 由于存在着不同表面自由能分布状态，改进了材料对血清蛋白的吸附力，抑
制血小板黏附，具有良好的生物相容性和血液相容性。目前医用聚氨酯被用于人工心脏、心血导管、血管涂层、人工瓣膜等领域。 参考文献 [1] 李小静，张东慧，张瑾，等.医用高分子材料应用五大新趋势[J].CPRJ中国塑料橡胶，2016 [2]杂志社学术部，医用高分子材料的临床应用:现状和发展趋势.中国组织工程研究与临床康复，2010，14（8）
壳聚糖静电纺丝 1 概述 关于纯壳聚糖溶液体系静电纺丝的报道却不多。可能是在高的静电压下，壳聚糖主链上的离子之间的斥力阻碍了电纺纤维的形成，尤其是在射流中的弯曲不稳定性和鞭动不稳定性出现的时候，这就造成了纯的壳聚糖体系静电纺丝的困难关于壳聚糖静电纺丝更多的报道是关于将壳聚糖与其他聚合物混合电纺成纤维的。选择与其他较为容易电纺成纤的高分子混合纺丝，不仅可以改善壳聚糖本身不易电纺的缺点，还可以赋予壳聚糖纤维一些新的性能。最常见的是壳聚糖与聚乙烯醇混合电纺成纤。通过调节溶液浓度和原料配比，壳聚糖与PVA混合溶液可以通过静电纺丝得到光滑完好的纤维，并作为组织工程支架或伤口敷料在生物医用材料领域有很好的应用前景。壳聚糖还能与其他一些合成高分子混合制备电纺纤维，如壳聚糖和PEO，壳聚糖和PVP等。静电纺丝技术制备出的纤维膜具有纤维直径小、比表面积大的特点，更有利于细胞的粘附和增殖，是理想的组织工程支架材料。近年来，对静电纺丝装置的改进使静电纺丝技术得到了迅速发展，同轴静电纺丝就是其中一种。核壳结构电纺丝可以在内层负载某些药物和生物活性因子，作为药物缓释载体及组织工程支架。壳聚糖是一种具有良好的生物相容性和生物可降解性的天然高分子，而羟基磷灰石是天然骨的主要成分，具有骨传导性和诱导性，两者在组织工程领域应用很广泛。 2 静电纺丝技术 静电纤维制造是目前得到纳米纤维最重要的基本方法之一。这一技术的核心，是使带电荷的高分子溶液或熔体在静电场中流动与变形，经溶剂蒸发或熔体冷却而固化得到纤维状物质，因而这一过程又称为静电纺丝，简称电纺。电纺最早出现于1934年，Fomlllals在一篇专利中首次介绍了利用静电斥力获得聚合物纤丝的方法。20世纪80年代后，尤其是90年代中期以来，随着纳米技术的快速发展，电纺丝技术越来越引起人们的关注，静电纺丝的理论研究才。有了进一步的深入发展。 静电纺丝的基本装置基本上由三部分组成：一个高压静电发生器，一个顶部带有小孔的装有聚合物溶液或熔体的细管及一个金属收集屏。聚合物的熔体或溶液的输送速度可由空气压力、微量注射泵控制，也可通过把装有液体的储液管与水平成一定角度放置从而由聚合物本身的重力来控制。高压电场的两极分别与聚合物液体、收集装置相连。在静电纺丝中，常常通过插入聚合物液体中的金属丝，或通过毛细管出口处与聚合物液体相连的金属夹，使聚合物液体接上高压电；收集装置通常为接地的金属箔、金属网或转鼓。 静电纺丝过程中，在高压电场的作用下，悬于毛细管出口的聚合物溶液或熔体的半球液滴变形为锥形，其锥形的角度为49度。随着电场强度的进一步提高，当
CENTRAL SOUTH UNIVERSITY 硕士生课程论文 题目静电纺丝法简介 学生姓名张辉华 学号133511018 指导教师秦毅红 学院冶金与环境学院专业冶金工程 完成时间2014.5.27
静电纺丝法简介 摘要：静电纺丝法是聚合物溶液或熔体在静电作用下进行喷射拉伸而获得纳米级纤维的纺丝，作为一种新颖的纳米纤维制备方法，具有许多一般纳米纤维制备法没有的优点，在国内外一直引起广泛的关注。本文主要是介绍了静电纺丝的基本原理以及研究重点，同时简要地介绍了此方法在电池材料一起其他材料上的应用。 前言 静电纺丝就是高分子流体静电雾化的特殊形式，此时雾化分裂出的物质不是微小液滴，而是聚合物微小射流，可以运行相当长的距离，最终固化成纤维。静电纺丝技术在1934年首先由Formhals[1]提出, 随后的相当长一段时间又有多项专利出现。近年来，随着纳米材料研究的兴起，人们发现由电纺制得的纤维的直径可以达到纳米级，使得这种技术重新受到重视并出现了大量的文献[2]。目前, 主要是从事材料、化工和高分子领域的科学家在研究静电纺丝。 1 静电纺丝实验装置与基本原理 1.1 电纺过程 所需设备高压电源，溶液储存装置，喷射装置( 如内径 1 mm 的毛细管) 和收集装置( 如金属平板、铝箔等) 。图1为传统的单纺装置。 图1 经典的静电纺丝装置示意图
高压静电场(一般在几千到几万伏) 在毛细喷丝头和接地极间瞬时产生一个电位差，使毛细管内聚合物溶液或者熔融体(一般为非牛顿流体) 克服自身的表面张力和粘弹性力，在喷丝头末断呈现半球状的液滴。随着电场强度增加，液滴被拉成圆锥状即Taylor锥。当电场强度超过一临界值后，将克服液滴的表面张力形成射流(一般流速数m/s)，在电场中进一步加速，直径减小，拉伸成一直线至一定距离后弯曲，进而循环或者循螺旋形路径行走，伴随溶剂挥发或熔融体冷却固化，终落在收集板上形成纤维，直径一般在几十纳米到几微米之间。 除去传统的单纺丝还有其他的一些纺丝方式，如同轴静电纺丝，共轴复合纺丝就是将两种不同聚合物溶液预先不经混合, 而是各自在电场力的驱动下共轴 喷射经过同一个毛细管或注射器针头出口，得到连续的复合纤维的方法，该纤维具有核-壳结构。共轴复合纺丝设备如图2(a)所示，核-壳结构纤维如图2(b)所示。 图2 同轴纺丝和复合纤维形貌 同轴纺丝能直接接一步制备复合微/纳米线，可以制备医用复合纳米线、空心纳米管，这种方法制备出来的材料品质要明显优于涂覆法制备的材料。此外可以将碳纳米管与挥发性溶剂混合液用作内纺液, 将聚合物溶液用作外纺液, 利用溶剂的挥发性就可以携带碳纳米管渗透到外层聚合物中, 形成连续的碳纳米管增强 的复合纳米纤维。
生物医用高分子材料 一、生物医用材料 生物医用材料简介： 生物医用材料指的是一类具有特殊性能、特种功能，用于人工器官、外科修复、理疗康复、诊断、治疗疾患，而对人体组织不会产生不良影响的材料。现在各种合成材料和天然高分子材料、金属和合金材料、陶瓷和碳素材料以及各种复合材料，其制成产品已经被广泛地应用于临床和科研。 生物医用材料分类： 生物材料应用广泛，品种很多，有不同的分类方法。通常是按材料属性分为：合成高分子材料（聚氨酯、聚酯、聚乳酸、聚乙醇酸、乳酸乙醇酸共聚物及其他医用合成塑料和橡胶等）、天然高分子材料（如胶原、丝蛋白、纤维素、壳聚糖等）、金属与合金材料（如钦金属及其合金等）、无机材料（生物活性陶瓷，羟基磷灰石等）、复合材料（碳纤维/聚合物、玻璃纤维/聚合物等）。根据材料的用途，这些材料又可以分为生物惰性（bioinert）、生物活性（bioactive）或生物降解（biodegradable）材料。 二、生物医用高分子材料 1、定义：生物医用高分子材料是指对生物体进行诊断、治疗和置换损坏组织、器官或增进其功能的材料。生物医学材料中发展最早、应用最广泛、用量最大的材料，也是一个正在迅速发展的材料。它既可以来源于天然产物，又可以人工合成。此类材料除应满足一般的物理、化学性能要求外，还必须具有足够好的生物相容性。 2、分类： 按材料来源分： （1）医用金属和合金。主要用于承力的骨、关节和牙等硬组织的修复和替换。 （2）医用高分子生物材料。高分子化合物是构成人体绝大部分组织和器官的物质，医用高分子生物材料包括合成（如：聚酯、硅橡胶）和天然高分子（如：胶原、甲壳素）。（3）医用生物陶瓷。有惰性生物陶瓷和活性生物陶瓷（羟基磷灰石陶瓷、可吸收磷酸三钙陶瓷等） （4）医用生物复合材料。如羟基磷灰石涂复钛合金，炭纤维或生物活性玻璃纤维增强聚乳酸等高分子材料。 （5）生物衍生材料。这类材料是将活性的生物体组织，包括自体和异体组织，经处理改性而获得的无活性的生物材料。 按用途分： （1）手术治疗用高分子材料，如： 缝合线，黏胶剂，止血剂，各种导管，引流管，一次性输血输液器材 （2）药用及药物传递用高分子材料，如： 靶向性高分子载体（肝靶向性，肿瘤靶向性），高分子药物（干扰素，降胆敏），高分子控制释放载体（胶囊，水凝胶，脂质体） （3）人造器官或组织，如： 人造皮肤，血管，骨，关节，肠道，心脏，肾等。 按降解性能分 （1）可生物降解材料-指聚合物在生物体内酶、酸碱性环境下或微生物存在的情况下可以发生分子量下降、生成水和二氧化碳等对生物体或环境无毒害的小分子化合物的性能。
静电纺丝技术的工艺原理及应用 静电纺丝技术是目前制备纳米纤维最重要的基本方法。这一技术的核心是使带电荷流体在静电场中流动与变形，最终得到纤维状物质，从而为高分子成为纳米功能材料提供了一种新的加工方法。由于纳米纤维具有许多特性，例如纤维纤度细、比表面积大、孔隙率高，因而具有广泛的应用。 1、静电纺技术 静电纺是一项简单方便、廉价而且对环境无污染的纺丝技术。早在20世纪30年代，Formals A就已经在其专利中报道了利用高压静电纺丝，但是直到近些年，由于对纳米科技研究的迅速升温，激起了人们对这种可制备纳米尺寸纤维的纺丝技术进行深入研究的浓厚兴趣。 1.1 静电纺技术的基本原理 静电纺丝技术(Electrospinning fiber technique)是使带电的高分子溶液(或熔体)在静电场中流动变形，经溶剂蒸发或熔体冷却而固化，从而得到纤维状物质的一种方法。对聚合物纤维电纺过程的图式说明见图1。 静电纺丝机的基本组成主要有3个部分：静电高压电源、液体供给装置、纤维收集装置。静电高压电源根据电流变换方式可以分成DC／DC和AC／DC两种类型，实验中多用IX；／DC电源。液体供给装置是一端带有毛细管的容器(如注射器)，其中盛 有高分子溶液或熔体，将一金属线的一端伸进容器中，使液体与高压电发生器的正极相连。纤维收集装置是在毛细管相对端设置的技术收集板，可以是金属类平面(如锡纸)或者是旋转的滚轮等。收集板用导线接地，作为负极，并与高压电源负极相连。另外随着对实验要求的提高，液体流量控制系统也被渐渐的采用，这样可以将液体的流速控制得更准确。电场的大小与毛细管口聚合物溶液的表面张力有关。由于电场的作用，聚合物溶液表面会产生电荷。电荷相互排斥和相反电荷电极对表面电荷的压缩，均会直接产生一种与表面张力相反的力。当电场强度增加时，毛细管口的流体半球表面会被拉成锥形，称为Taylor锥。进一步增加电场强度，是用来克服表面张力的静电排斥力到达一个临界值，此时带电射流从Taylor锥尖喷射出来。带电后的聚合物射流经过不稳定拉伸过程，
医用高分子材料 高分子材料科学与工程，高材1006班，王中伟，20100221276 摘要：随着高分子材料在社会的各个领域的广泛应用，尤其是在航天工程、医学等领域的应用。功能高分子材料一般指具有传递、转换或贮存物质、能量和信息作用的高分子及其复合材料，或具体地指在原有力学性能的基础上，还具有化学反应活性、光敏性、导电性、催化性、生物相容性、药理性、选择分离性、能量转换性、磁性等功能的高分子及其复合材料。医用高分子材料是用以制造人体内脏、体外器官、药物剂型及医疗器械的聚合物材料。对医用高分子材料的目前需求作了简要分析,介绍了医用高分子材料的主要类别、用途及其特殊要求,并浅谈了医用高分子材料的发展及展望。 关键词：医用高分子材料人工人体器官对人类健康的促进相容性 前言：现代医学的发展,对材料的性能提出了复杂而严格的多功能要求,这是大多数金属材料和无机材料难以满足的;而合成高分子材料与生物体(天然高分子)有着极其相似的化学结构,化学结构的相似性决定了它们在性能上能够彼此接近从而可能用聚合物制作人工器官,作为人体器官的替代物。另外,除人工器官用材料之外, 医药用高分子材料、临床检查诊断和治疗用高分子材料的开发研究也在积极地展开,它们被统称为医用高分子材料．医用高分子材料是一类令人瞩目的功能高分子材料,是一门介于现代医学和高分子科学之间的新兴学科。它涉及到物理学、化学、生物化学、医学、病理学等多种边缘学科。医用高分子材料是生物材料的重要组成部分。医用高分子材料是一类可对有机体组织进行修复、替代与再生,具有特殊功能作用的新型高技术合成高分子材料,是科学技术中的一个正在发展的新领域,不仅技术含量和经济价值高,而且对人类的健康生活和社会发展具有极其重大意义,它已渗入到医学和生命科学的各个部门并应用于临床的诊断与治疗。 正文： 一、医用高分子材料的概念及简介：医用高分子材料是依据高分子材料的某些特性及特征， 如其本身是惰性的，不参与药的作用，能只起增稠、表面活性、崩解、粘合、赋形、润滑和包装等特效，对有机体组织进行修复、替代与再生,具有特殊功能作用的新型高技术合成高分子材料，用它制造成能有医学价值的产品。医用高分子材料是一类令人瞩目的功能高分子材料,是一门介于现代医学和高分子科学之间的新兴学科。它涉及到物理学、化学、生物化学、医学、病理学等多种边缘学科。医用高分子材料是生物材料的重要组成部分。是科学技术中的一个正在发展的新领域,不仅技术含量和经济价值高,而且对人类的健康生活和社会发展具有极其重大意义,它已渗入到医学和生命科学的各个部门并应用于临床的诊断与治疗。然而，医用高分子材料是一类根据医学的需求
壳聚糖纺纤研究进展 陈雄，廖青，赵国樑 （北京服装学院材料科学与工程学院，北京100029） 摘要：本文首先对壳聚糖的结构、化学名称及理化性质进行了简要的介绍，对壳聚糖在纺丝前及纺丝过程中可能碰到的影响因素进行了探讨，并重点对已进行的壳聚糖溶液行为研究进行了概括，对壳聚糖三种纺丝方法—— —湿法纺丝、干湿法纺丝及静电纺丝的研究进展进行了总结，其中重点介绍了静电纺丝的进展。在文章的最后，对壳聚糖的纺丝前景进行了展望。 关键词：壳聚糖；聚电解质；湿法纺丝；静电纺丝 中图分类号：TQ342+74文献标志码：A文章编号：1008－1267（2009）02－0008－05 壳聚糖（CTS）学名为：（1，4）-2氨基-2-脱氧-β-D葡聚糖，为白色无定型、半透明，略有珍珠光泽的固体，是甲壳素的脱乙酰化产物。其在自然界中的资源量仅次于纤维素，是自然界中唯一存在的碱性多糖。由于壳聚糖化学结构C-2位上是氨基，在其溶液中可形成阳离子，因此具有独特的理化性能，是少有的一种天然阳离子高聚物；又由于其良好的生物相容性和生物可降解性，壳聚糖在生物医药、环保、纺织、农业、食品等领域有着广泛的应用。1壳聚糖纺丝影响因素研究 CTS的可纺性有很多的影响因素，虽然壳聚糖能够很好地溶解于酸的水溶液中，但是由于聚电荷效应使得这些溶液具有很高的黏度。而高黏度将影响湿纺工艺流程中壳聚糖纤维的喷出。另外黏度同时影响着凝固速率以及游离胺形式的壳聚糖的生成。除此之外，溶剂、凝固剂、喷丝区结构、成型后整理等都会对湿纺造成影响。对于静电纺丝而言其影响因素主要有聚合物的性质（包括重均分子量、分子聚合形态）、溶液性质（包括挥发性、黏度、表面张力、电导率）以及工艺常数（包括电压、场强、传送体积、针管直径）等。 CTS在稀酸中，由于其分子链上的-NH2基团与H+结合形成大量阳离子-NH3+，CTS分子以阳离子聚电解质的形式存在，此时改变溶液组成，特别是pH、离子强度和小分子电解质将对溶液性质产生很大的影响，另外所使用的原料壳聚糖的脱乙酰度（DD）也是一项十分重要的参数。 王伟[1]等在壳聚糖浓溶液的性质方面进行了一系列的研究，揭示了壳聚糖浓溶液与稀溶液性质方面的导向，并提出了壳聚糖浓溶液的脱乙酰度测定方法和确证了零剪切黏度的测定方法。吴玉松等[2]定义了刚能呈现液晶相的最低浓度作为反映壳聚糖聚电解质浓溶液对外加盐敏感性的参数，研究了在壳聚糖的甲酸浓溶液中添加不同类型、不同离子强度的盐离子时溶致液晶临界浓度的变化规律。蒋文华等[3]则深入探讨了从改变离子强度揭示稀溶液中壳聚糖的性质，并通过计算僵硬性参数来表征壳聚糖对外加盐的敏感性。 MING LARNG TSAIH等[4]通过运用动态光散射法测定在不同离子强度相同pH值及相同离子强度不同pH值条件下壳聚糖溶液的相互扩散系数，最终得到的结果显示在其所研究的离子强度及pH值范围下壳聚糖分子在溶液中呈无规线团状。Jaepyoung Cho等[5]则致力于评估在恒定的pH值条件下，壳聚糖浓度及离子强度对于壳聚糖溶液直至壳聚糖盐析成凝胶过程中粘弹性变化的影响，并对结果用简单的流变学进行分析，并与理论预测的标度律进行比较。Chen等[6]通过在溶液中加入尿素来研究壳聚糖分子在溶液中的构象变化规律，其总体趋势是得到的溶液分子构象比未加的情况下来得舒展，在尿素用量达到一定值后，分子构象甚至发生了改变。Mohammad R.Kasaai[7]总结出两个方程来计算20～30℃，无添加尿素条件下壳聚糖溶液的两个常数α和K，并使用这两个方程对一定乙酰度、pH 收稿日期：2008-10-13 作者简介：陈雄（1983-），男，研究方向为生态与环境友好型高分子材料。 第23卷第2期2009年3月 Vol．23No．2 Mar.2009天津化工 Tianjin Chemical Industry
静电纺丝 1 实验简介： 静电纺丝法是聚合物溶液或熔体借助静电力作用进行喷射拉伸而获得纤维的一种方法。该方法涉及到高分子科学，应用物理学、流体力学、电工学、机械工程、化学工程、材料工程和流变学。通过这种方法能够制备超细纤维，其纤维直径在微米和纳米之间，比传统纺织纤维的直径范围要小1~2个数量级。这种小直径提供大比表面积，其范围在10 m2/g（当直径约为500nm时）~1000 m2/g（当直径约为50nm时）。这种超细纤维在过滤，防护织物和生物医药领域都有广阔的应用。 图1 2 实验目的： 了解静电纺丝原理及设备的基本特点。 了解影响静电纺丝的各种影响因素。 通过对纺丝原液的控制制备出具有不同形态的静电纺纤维。 3 原理
20~100μm。（如图2）
图3 不同曝光时间电纺射流图像 左图：快门速度20ms；右图：快门速度为1.0ms。 在产生了射流以后，射流路径在某一距离为直线。然后，在直线段下端产生静电，与空气阻力所引起的弯曲不稳定。这种弯曲允许射流在空间较小的区域内有较大的拉伸。在肉眼观察下或较慢快门的照片中，不稳定区域类似于射流从不稳定起始处的分裂喷射。然而在快门速度为1.0ms的照片中可以发现，射流并不是分裂，而是在进行螺旋运动。分裂现象只是由于射流快速飞行而产生的错觉。但是，在针对某些材料的实验中，也可以观察到射流的分裂和散布现象。静电力使射流伸长数千倍甚至数百万倍，于是射流变得非常细。在整个过程中，溶剂挥发或熔体固化，最终所得的连续纳米纤维收集在接地的金属板、卷绕转鼓或其它种类的收集器上。 静电纺丝的影响因素 现在采用的多为溶液静电纺，其纺丝过程中的影响因素有：纺丝原液浓度，静电场强度，喷丝头直径，纺丝原液特性（如：粘度、表面张力、电导率,饱和蒸汽压等），接收距离，挤出速度，纺丝环境的温度、湿度等。这些因素将会影响所纺纤维的直径，直径分布，纤维形态（串珠结构），结晶度，以及纤维毡的孔隙率，机械强度等性能。在这些影响因素中纺丝原液性质和静电场强度是最主要的影响因素。
综述与专论 合成纤维工业,2009,32(4):48CH I NA SYNTHETI C FI BER I NDUSTRY 收稿日期:2008 09 17;修改稿收到日期:2009 05 27。作者简介:董晓英(1956 ),教授。从事纳米材料的教学和科研工作。 静电纺丝纳米纤维的制备工艺及其应用 董晓英1 董 鑫 2 (1.江苏技术师范学院,江苏常州 213001;2.慕尼黑大学,德国慕尼黑 80539)摘 要:简述了静电纺丝制备纳米纤维的原理;探讨了静电纺丝电压、流速、接收距离、溶剂浓度等工艺条 件;介绍了同轴静电纺丝制备皮芯结构的超细纤维及中空纤维技术以及静电纺丝纳米纤维毡在生物医药方面的应用。指出静电纺丝纳米纤维材料在生物医用方面具有广阔的应用前景,进一步实现低压纺丝、开发无毒溶剂,控制同轴静电纺丝纳米纤维的释放性能是今后静电纺丝的研发方向。 关键词:静电纺丝 纳米纤维 工艺 生物 医药 应用 中图分类号:TQ 340.64 文献识别码:A 文章编号:1001 0041(2009)04 0048 04 静电纺丝法是一种高速制备纳米纤维的有效方法,其装置简单,成本低廉,供选择的基体材料和所载药物种类众多,可通过改变电压、流速、接 收距离、溶液浓度配比等纺丝工艺控制纤维形貌,从而控制药物的释放。静电纺丝纳米纤维在生物、医药方面有着广泛的应用。1 静电纺丝及其工艺条件 静电纺丝技术最早报道于1934年的美国专利[1] ,发明人For mhals 用静电斥力的推动成功纺出醋酸纤维素纤维,溶剂为丙酮和乙醇。后来,For mha ls 改进了静电纺丝设备,通过多个针头纺丝或复合纺丝 [2] 。 1969年,英国Taylor [3] 研究了强电场作用下 水/油界面的形成。首先,从理论计算上考虑电场、重力和溶液粘度的影响,建立了锥状物模型,即在高压电场下溶液喷出前的形状称为Tay lor 锥。Tay l o r 还根据其模型计算了喷出时的临界锥角为98.6 。 静电纺丝纤维喷出针头后,在空中弯曲回转,最后落在接收器上,给人多股纤维同时喷出的印 象。阿克隆大学的Dosh i 等[4] 假设带电高分子溶液在喷出后互相排斥,克服表面张力而分裂成若干股纤维,落到接收器上形成无纺纤维毡。但是 麻省理工学院的Shin 等[5]和以色列的Yari n [6] 等通过高速成像,只有1股纤维从喷丝口喷出,然后在电场力作用下快速弯曲旋转,给人以很多股纤维的假象。1971年,杜邦公司的B au m garten [7] 研究了纺丝工艺参数对丙烯酸在N,N 二甲基甲酰(D M F)胺溶液中静电纺丝纤维直径的影响。纺 丝工艺参数主要包括喷射距离、溶液粘度、环境气体、流速和电压等。 1.1 电压 足够的电压是形成连续稳定纤维的先决条件。如果电压过小,则产生静电喷射,形成独立的珠状物。随着电压的增加,逐渐形成串珠结构,电压进一步增大,串珠逐渐减少,直至形成连续稳定 的纤维。Deitzel 等[8] 研究了聚氧化乙烯(PEO )/水体系中电压对喷丝口Tay lor 锥表面的影响。结果表明,当电压较小时,Tay lor 锥形成于针头外悬挂液滴的表面;随电压增加,液滴体积逐渐变小,直至液滴和Tay lor 锥相继消失。同时,纤维上串珠的分布密度也随电压增大而增加。因此,一般适宜电压为10~25kV 。1.2 流速 流速是影响静电纺丝纤维形貌的另一重要参数。M ege lski [9] 等研究了静电纺丝流速对聚苯乙烯/四氢呋喃(THF)体系的影响,随着流速增大,纤维直径增加,纤维表面的孔径也增大。同时,流速增大也促进了更明显的串珠结构,其原因是溶剂在到达接受装置前不能完全挥发。目前所采用的流速为1~3mL /h 。1.3 接收距离 接收距离也会在一定程度上影响静电纺丝的 纤维形貌。Jaeger [10] 等研究了PEO /水溶液的静电纺丝行为,随着接收距离由1c m 增大到3.5c m,纤维直径从19 m 下降到9 m 。根据M egel
静电纺纳米纤维与药物控制释放 陈义旺博士、教授、博士生导师、洪堡学者。南昌大学化学系主任，理学院副院长。 摘要 将抗肿瘤药物通过静电纺丝的方法装载到纳米纤维中以实现药物的控制释放，载药纳米纤维具有较低的药物突释效应，延长药物释放时间，并且从纳米纤维中缓释的抗肿瘤药物能很好地抑制HepG-2细胞的生长。负载抗肿瘤药物的电纺纳米纤维膜纤维能很好的应用于药物缓释系统，对肿瘤进行定位治疗及癌症手术后的化疗有很好的应用前景。 药物的控制释放一直是药物治疗领域中的重要课题。纳米纤维具有纵横交错的纳米孔结构、尺寸可控性好、比表面积大，是一种良好的新型载药系统；纳米纤维是封装药物的理想材料，它不但能将固体药物以颗粒形式封装入纤维内，还可以将液体药物以双层纤维或链珠状纤维形式进行封装[1,2]。因此，纳米纤维及其复合材料在药物控释系统、组织工程支架、伤口敷料等领域均得到了广泛的应用[3,4]。 研究内容 1.溶液电纺或乳液电纺PEG-PLLA/明胶复合纤维纳米纤维担载亲水/疏水药物控制释放及抗肿 瘤活性研究[5-7]应用。PEG-PLLA纳米纤维作为大环内酯类抗生素药物布雷菲德菌素A（BFA）的控制释放系统，用HPLC测定药物BFA在PBS溶液中的释放曲线，结果表明药物可以长时间的控制释放。用MTT法对含有3%，6%，9%，12%和15%BFA的纳米纤维进行体外抗肿瘤活性测试（人肝癌HepG2细胞），细胞生长抑制率在72h分别为64%，77%，80%，81%和85%。结果证明担载BFA的PEG-PLLA纳米纤维（BFA/PEG-PLLA）的对药物BFA 有很好的控释效果，适合癌症的术后化疗。通过乳液电纺方法成功将亲水药物头孢拉定及疏水的药物五氟尿嘧啶装载入PLGA纤维中，同时装载天然蛋白明胶来提高纤维的细胞粘附能力。装载明胶的纤维具有很好亲水性及力学性能，乳液电纺纤维具有低的药物突释效应，具有低的毒性
生物医用高分子材料研究进展及趋势
J I A N G S U U N I V E R S I T Y 医用材料学课程学习总结及结课论文生物医用高分子材料的研究及发展趋势
学院名称：材料科学与工程 专业班级：金属1302 学生姓名：钱振 指导教师姓名：王宝志 2016年 10 月 生物医用高分子材料的研究及发展趋势 钱振 学号：63 班级：金属1302 材料科学与工程学院 摘要：随着我国经济发展水平的不断提高，分子材料在各领域得到了显著应用，在医用领域应用更多，本文综述了生物医用高分子材料的分类、特点及基本条件，概述了医用高分子材料的研究现状及其用途，并浅谈了医用高分子材料的发展及展望。通过介绍医用高分子材料在人工脏器、药剂及医疗器械方面的应用，以及我国近年来的研究情况和存在的问题,形成对生物医用功能高分子的认识和其重要性的认识。 关键词：生物材料，生物医用高分子材料，现状，应用，展望 1.引言 生物医用材料是生物医学科学中的最新分支学科，它是生物学、医学、化学、 物理学和材料学交叉形成的边缘学科，是用于人工组织或器官制备、高性能医疗
器械的研制、药物新剂型的开发和和仿生效应研究的基础[1] 。 生物医用材料，简称生物材料(BiomaterialS)，是一类具有特殊性能或功能，用于与生物组织接触以形成功能的无生命的材料]2[。主要包括生物医用高分子材料、生物医用陶瓷材料、生物医用金属材料和生物医用复合材料等。研究领域涉及材料学、化学、医学、生命科学]3[，生物医用高分子材料是一门介于现代医学和高分子科学之间的新兴学科。目前医用高分子材料的应用已遍及整个医学领域(如:人工器官、外科修复、理疗康复、诊断治疗、心血管、骨修复、神经传递、皮肤、器官、药物控释等）。 2.研究现状 生物医用高分子材料是一类可对有机体组织进行修复、替代与再生，具有特殊功能作用的高分子材料。在功能高分子材料领域，生物医用高分子材料取得了长足的进展，目前已成为发展最快的一个重要分支。随着医用高分子产业的发展，出现了大量的医用新材料和人工装置，如人工心脏瓣膜、人工血管、人工肾用透析膜、心脏起博器及骨生长诱导剂等。近10年来，由于生物医学工程、材料科学和生物技术的发展，医用高分子材料及其制品正以其特有的生物相容性、无毒性等优异性能而获得越来越多的医学临床应用。 生物医用高分子材料是生物材料的重要组成部分，它发展最早、应用最广泛、用量最大、品种繁多，主要包括：塑料、橡胶、纤维、粘合剂等。随着医学的发展，这些材料在医学领域得到广泛的应用。如:膨体聚四氟乙烯人造血管、聚矾中空纤维人工肾、硅橡胶医用导管、介入栓塞材料、介入诊疗导管以及护理方面使用的一次性医疗用品等，都是由高分子材料制成的。这些产品在临床诊断、治疗、护理等方面起着越来越重要的作用。正是由于高分子材料在医学上的独特作用，因而在高分子化学上出现了一个新的分支—医用高分子(Medical highpolymers)。它是把高分子化学的理论、研究方法、临床医学的需要结合起来，用于研究生物体的结构、生物体器官的功能及医用材料的应用等的一门年轻而边缘性的学科]4[。
复合材料学报第28卷 第1期 2月 2011年A cta M ateriae Co mpo sitae Sinica V ol 28 N o 1 F ebr uar y 2011 文章编号:1000-3851(2011)01-0104-05 收到初稿日期:2010-01-28;收到修改稿日期:2010-05-08 基金项目:国家重点基础研究发展计划(2007CB936104);国家863计划(2007AA021905) 通讯作者:何农跃,教授,博士生导师,从事生物传感器和纳米材料方面的研究 E mail:nyhe1958@https://www.doczj.com/doc/a712872473.html, 王大新,教授,博士生导师,从事新药与组织工程研究 E m ail:daxinw ang1962@https://www.doczj.com/doc/a712872473.html, 静电纺丝制备壳聚糖/聚己内酯血管支架及表征 杨文静1,付 静2,何 磊2,王 婷1,王大新*3,何农跃*1 (1.东南大学生物科学与医学工程学院,南京210096; 2.东南大学公共卫生学院,南京210096; 3.扬州大学临床医学院,扬州225001,China) 摘 要: 结合壳聚糖(CS)和聚己内酯(PCL )二者的优点,以静电纺丝的方法制备了CS/PCL 血管支架。采用SEM 和电子万能试验机检测了该支架的结构和力学性能,将内皮祖细胞(EPCs)与该支架膜复合培养,评估了该血管支架维持细胞黏附、繁殖和分化的能力。SEM 结果显示:通过静电纺丝可以得到多孔、类似于天然细胞外基质的直径约400nm 的纤维微结构;当CS 与P CL 质量比为0.5时,静电纺丝所制备的CS/P CL 血管支架弹性最大形变达到31.64%,应力-应变曲线显示其弹性变形能力较强;EP Cs 在CS/PCL 血管支架黏附率可达95.1%,荧光显微镜观察结果也显示了CS/P CL 血管支架利于细胞黏附、生长。关键词: 壳聚糖;聚己内酯;血管支架;静电纺丝;内皮祖细胞中图分类号: R318.08 文献标志码: A Preparation and characterization of chitosan/polycaprolactone vascular scaffolds by electrospinning YANG Wenjing 1,FU Jing 2,H E Lei 2,WANG Ting 1,WANG Daxin *3,H E Nongy ue *1 (1.School of Biolog ical Science and M edical Engineering ,So utheast U niver sity,N anjing 210096,China; 2.Schoo l of Public Health Southeast,Southeast U niv ersity ,N anjing 210096,China; 3.Clinical M edical Colleg es,Yang zhou U niver sity,Yang zhou 225001,China) Abstract: T he chitosan/polycaprolactone(CS/P CL )v ascular scaffo lds w ere prepared by elect rospinning in order to co mbine the advantage of chito san(CS )and po lycapro lacto ne (P CL)into the vascular scaffolds.T he obtained CS/PCL v ascular scaffolds w ere character ized by SEM and electr onic univer sal testing machine.T he endo thelial pr og enit or cells (EPCs)w ere implanted in the scaffo lds w ith v arious mass rat ios of CS to PCL.T he v ascular scaffo lds w ere ex amined by adhesion rate in different culturing times and the cells breeding w as observ ed.T he obtained CS/P CL vascular scaffolds show poro us,nano structur ed surfaces,simila r to the natur al ex tracellular matrix.When t he mass r atio of CS to PCL is 0.5,t he br eaking elong at ion o f CS/PCL vascular scaffo lds r eaches 31.64%,and the curves of st ress-str ain indicate that the obtained vascular scaf folds possess g ood elastic defor matio n.T he adhesion rate o f EP Cs on CS/PCL vascular scaffolds is 95.1%,the o bserv atio n of EP Cs labeled with CM -DiI (chlo rmethylbenzam ido 1,1dioctadecy l 3,3,3 ,3 tetramethylindo carbocyamine )after culturing 72h by fluor escence micr oscopy also illustrates that CS/PCL v ascular scaffolds ar e beneficial to cell g ro wt h and cell adhesion. Keywords: chito san;po ly ca pr olacto ne;vascular scaffold;electro spinning;endot helial pr og enit or cells 自1964年Dotter [1] 首次提出血管支架(Endo v ascular stent,EVS)概念,并于1969年成功地用金属环在动物体内制作血管支架以来,人们陆续开发出各种材料、多种成型的血管支架 [2] 。目前常用 于制作血管支架的材料有金属钽、医用不锈钢、镍 钛合金、涤纶(Dacr on)及聚四氟乙烯(PT FE )等。金属支架在进入临床治疗后取得了令人瞩目的疗效[3],但是经过10多年的应用也逐渐暴露出一些
生物医用高分子材料
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生物医用高分子材料 08080４1０6 黄涛 摘要:: 阐述了生物医用高分子材料的应用研究与发展状况,综述了生物医用高分子材料的分类、特性及研究成果,展望了未来的生物医用高分子材料的发展趋势。 关键词: 生物医用高分子材料分类进展综述发展趋势 1 概述 在功能高分子材料领域，生物医用高分子材料可谓异军突起，目前已成为发展最快的一个重要分支。生物医用高分子材料指用于生理系统疾病的诊断、治疗、修复或替换生物体组织或器官，增进或恢复其功能的高分子材料。研究领域涉及材料学、化学、医学、生命科学。虽已有四十多年的研究历史，但蓬勃发展始于20世纪70年代。简单地说，所谓生物医用高分子材料( Ｐolｙ－meｒｉｃbio - maｔeｒiａls）是指在生理环境中使用的高分子材料,它们中有的可以全部植入体内，有的也可以部分植入体内而部分暴露在体外,或置于体外而通过某种方式作用于体内组织。 近十年来,由于生物医学工程、材料科学和生物技术的发展,医用高分子材料及其制品正以其特有的生物相容性、无毒性等优异性能而获得越来越多的医学临床应用。 ２生物医用高分子材料分类 生物医用高分子材料主要有天然生物材料和合成高分子材料。 2 . 1 天 然 生 物 材 料 天 然 生 物 材 料 是
并得到迅速推广应用的一类天然生物材料。由 家蚕丝脱胶后可得到纯丝素蛋 白 成分 , 丝素 蛋白是 一种优质 的生 物医 学材料 ,具有无刺良好的2 . 2 合成高分子材料 合成高分子材料因与人体器官组织的天然高分子有着极其相似的化学结构和物理性能 ,因而可以 植入人体 ，部分或全部取代有关器官。因此 ,在现代 医学领域得到了最为广泛的应用 ,成为现代医学的重要支柱材料。与天然生物材料相比 ,合成高分 子材料具有优异的生物相容性 ，不会因与体液接触 而产生排斥和致癌作用 ,在人体环境中的老化不明 显。通过选用不同成分聚合物和添加剂 ,改变表面 活性状态等方法可进一步改善其抗血栓性和耐久性 ,从而获得高度可靠和适当有机物功能响应的生 物合成高 分子材 料。目 前 ，使用于人体植入产品的高分子合成材料 包 括聚环氧聚聚乙聚乳 目前为止 ,开发的具有生态可降解性的高分子材料主要以国外产品为主 ,国内这方面还远远不能 满足需要 ，尚处于国外产品的复制和仿制阶段。聚 乳酸类高分子是目前已开发应用于生命科学新增长 点 ———组织工程的生物可降解材料。一般以组织工程为应用目的的生物材料应符合 1) 表面能使细胞黏附并生长 ; 2 ) 植入 体内后 ,高分子材料及其降解产物不会引起炎症及 毒副作用 ;3) 材料能加工成三维结构 ;４) 为了保证细 胞2高分子反应能大面积进行 ,并提供细胞外再生的 足够空间 ,且在体外人工培养时有最小的扩散 ,材料 孔隙率不得降低于 90 ％ ; 5) 在完成组织再生后 ，高 分子能立即被机体吸收 ; 6） 高分子支架的降解速率 应控制在与不同组织细胞再生速度相匹配。对聚乳 酸高分子材料进行的研究 ,在力求符合上述要求时已形成了多种品种 ,如未经编织的单纤维合成材料 , 经编织的网状合成材料 ,具有包囊的多孔海绵状材 料等。尽管如此 ,目前应3 生物医用高分子材料特性 人们常 用的医用高分子 材料
静电纺丝操作步骤（有粘结性的溶液） 溶液配制好后按如下步骤进行喷丝实验: 1.打开总开关，检查正负压电源的调节旋钮是否归零（左旋到底），紧急停机旋 。 2.控制面板上的钥匙电源开关右拧，此时进 入标签页面。点击来到推注控制页面。 3.或，快速将注射器的
活塞推到底，此时点击。 4.点击，使滑块迅速移退至一定位置，取出空的注射器，将纺丝液注入到 注射器中，固定到推注泵卡口处，通过或来调节滑块位置，使针头 此时显示框内出现负值， 的可用长度，在此范围内任意设定需要纺丝的距离。 5. 接收器：固定式的，平行式的，高转速的） 6.点击并修改、或参数。 7.通过设备底部滑台上的夹子调节喷丝头与连接器之间的距离， 确定好位置，高压夹头加紧，点击，此时推注装置开始单独运行。 8.将控制面板上的、红色按钮按下，此时正负高压开 启，调节旋钮；边观察纺丝现象边调节 （目的是调节喷丝效果），直至出现比较稳定的喷射流即可。 9.若启动平移装置，可以通过触摸屏点击，首先检查平移部分的中点，一 般将标尺的零点设定为中点，并设定平移行程和平移速度。也可以通过点击 “设为中点”即可将当前 位置设定为平移中点， 点击，此时平移装置开始单独运行。 10.若需启动接收装置，可以通过触摸屏点击，设定转辊接收速度，直接 以及。 11.若需要同时启动两个推注装置、平移装置、接收装置，可以分别在相应的标 签页面设置好运行参数之后，点击进入联动标签页面，点击，此时所有能动的装置都会启动，如需停止，点击“停止”即可，此为联动启动功能。 12. 完毕之后再打开正负高压继续进行实验。 13. 操作功能之后方可手触所收集的材料。
刘熙高分子092班 5701109065 生活中的高分子材料 ——医用高分子材料 摘要：我国医用高分子材料的研究起步较早、发展较快。医用高分子材料指用于生理系统疾病的诊断、治疗、修复或替换生物体组织或器官,增进或恢复其功能的高分子材料。医用高分子材料属于一种特殊的功能高分子材料，通常用于对生物体进行诊断、治疗、以及替换或修复、合成或再生损伤组织和器官，具有延长病人生命、提高病人生存质量等作用。 关键词：生物医用高分子材料 科技关爱健康，医用高分子材料的应运而生是医疗技术发展史上的一次飞跃。高分子材料充分体现了人类智慧，是人类科学技术的重要科技进步成果之一。高分子材料：macromolecular material，以高分子化合物为基础的材料。高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料，高分子是生命存在的形式。所有的生命体都可以看作是高分子的集合。 而医用高分子材料是一类可对有机体组织进行修复、替代与再生, 具有特殊功能作用的合成高分子材料, 可以利用聚合的方法进行制备, 是生物医用材料的重要组成之一。由于医用高分子材料可以通过组成和结构的控制而使材料具有不同的物理和化学性质, 以满足不同的需求, 耐生物老化, 作为长期植入材料具有良好的生物稳定性和物理、机械性能, 易加工成型, 原料易得, 便于消毒灭菌, 因此受到人们普遍关注, 已成为生物材料中用途最广、用量最大的品种, 近年来发展需求量增长十分迅速。目前全世界应用的90多个品种, 西方国家消耗的医用高分子材料每年以10%～20%的速度增长。以美国为例, 每年有数以百万计的人患有各种组织、器官的丧失或功能障碍, 需进800万次手术进行修复, 年耗资超过400亿美元, 器官衰竭和组织缺损所需治疗费占整个医疗费用的一半。随着人民生活水平的提高和对生命质量的追求, 我国对医用高分子材料的需求也会不断增加。