專利名稱：具有軸向取向結構靜電紡圓柱形管狀支架的制備及其裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于靜電紡絲支架材料的制備及其裝置領域，特別涉及一種具有軸向取向結構靜電紡圓柱形管狀支架的制備及其裝置。
背景技術：
靜電紡絲技術在過去十年得到了飛速發展，是制備納米纖維的有效途徑之一。靜電紡絲法制備的纖維支架具有高孔隙率、低孔徑及高比表面積等特點，有著廣泛的應用潛力。通常，電紡纖維以無規形式沉積在接收裝置上，這限制了其在組織工程，尤其是神經修復組織工程中的應用。因為已有大量研究表明，當電紡纖維沿神經導管軸向取向排列時，神經細胞會沿著纖維排列方向生長，從而加快神經再生與愈合。而當纖維呈無規排列， 或沿徑向取向排列時，將不具備類似功效。因此，很多研究者對控制電紡纖維的排列進行了研究。其中最常用的方法是使用旋轉的接收轉軸，通過高速旋轉使纖維定向沉積于轉軸表面。該方法雖然能夠有效地獲得高度取向排列的纖維膜，或者纖維沿轉軸徑向取向排列的管狀支架，卻無法得到軸向取向的支架。因此，有研究者采用“空氣柱”法，即利用兩根金屬棒之間的空氣柱控制纖維沉積方向。由于空氣為絕緣體，金屬棒為導體，金屬棒和空氣柱之間產生的電勢差誘導纖維搭在兩根金屬棒之間，呈軸向排列。然而這種方法亦有其局限性首先，裝置無法旋轉，導致纖維沉積不均勻；其次，空氣柱無法對管狀支架起到有效的支撐作用，一旦距離過長，纖維易于集聚為紗線或纖維束，因而限制了管狀支架的長度。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種具有軸向取向結構靜電紡圓柱形管狀支架的制備及其裝置，該方法適用于多種聚合物材料，所得圓柱形管狀支架上的纖維均沿支架軸向定向排列，該裝置簡單，操作容易。本發明的一種具有軸向取向結構靜電紡圓柱形管狀支架的制備方法，包括(1)將聚合物溶于有機溶劑中，攪拌12- 小時至完全溶解，得到濃度為0. 05-2. 0 克/毫升的紡絲溶液；(2)將上述紡絲溶液進行靜電紡絲，通過接收裝置使纖維定向沉積在接收裝置的絕緣圓柱體上；持續靜電紡絲2-12小時后，取下轉軸，將沉積在上的纖維膜抽出，真空干燥后，即得圓柱形管狀支架。所述步驟(1)中的聚合物為可通過靜電紡絲技術成絲的聚合物，為聚乳酸、聚己內酯、聚氨酯或膠原蛋白。所述步驟(1)中的溶劑為六氟異丙醇或二氯甲烷。所述步驟(1)中的攪拌為磁力攪拌。所述步驟O)中的靜電紡絲是在通風櫥內進行的。
所述步驟O)中的絕緣圓柱體的旋轉速度為5-60轉/分。所述步驟( 得到的圓柱形管狀支架，其纖維沿所述的圓柱形絕緣轉軸的軸向定向排列，支架直徑為1-20毫米，如圖3所示。一種制備具有軸向取向結構靜電紡圓柱形管狀支架的接收裝置，該裝置包括馬達、皮帶傳送裝置、傳動轉軸以及收集轉軸；其中，所述的馬達與傳動轉軸相連，通過皮帶傳送裝置帶動收集轉軸的兩端同步轉動；所述的收集轉軸分為三段，中間段為絕緣圓柱體，始端和末端分別與第一金屬圓體和第二金屬圓體相連，由兩個金屬圓柱體固定并帶動旋轉， 如圖1所示。所述的絕緣圓柱體的直徑為1-20毫米，絕緣部分長度可調，為5-80毫米。本發明可依據不同聚合物，選擇相應的溶劑，如六氟異丙醇、二氯甲烷等。所得的圓柱形管狀支架的纖維定向排列的原因在于高壓電場下，收集轉軸的金屬體與絕緣體相連處產生電勢差，誘導纖維定向排列。本發明的接收裝置的收集轉軸可拆卸，通過使用不同長度、不同直徑的絕緣圓柱體，所制備管狀支架亦具有不同長度與直徑，如圖2所示。本發明使用了一種特殊的接收裝置。在高壓電場下，金屬導體與絕緣體之間的電勢差使纖維有序排列，同時通過轉軸的旋轉確保纖維在管狀支架上均勻分布。該方法適用于所有可通過靜電紡絲法成絲的聚合物，在神經修復組織工程以及其他領域有著一定的應用潛力。本發明通過獨特的接收裝置獲得長度、直徑可調，且纖維沿支架軸向取向的靜電紡圓柱形管狀支架，為電紡支架在神經組織工程以及其他領域的應用打下基礎。有益效果本方法具有較高的可操作性，使用的接收裝置結構新穎合理，所得管狀支架上的纖維呈現高度取向性，沿支架軸向定向排列。


圖1.是轉軸接收裝置的示意圖；1-馬達，2-皮帶傳送裝置，3-傳動轉軸，4-收集轉軸，5-絕緣圓柱體，6-收集轉軸的始端，7-收集轉軸的末端，8-第一金屬圓體，9-第二金屬圓體；圖2.是不同直徑、長度的靜電紡絲圓柱形管狀支架數碼相機照片；圖3.是靜電紡絲圓柱形管狀支架上纖維的掃描電鏡照片，通過對支架內壁和外壁的分別對焦，可清晰觀察到纖維沿支架軸向的取向排列。
具體實施例方式下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之后，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。實施例1按照前述制備本發明中具有軸向取向結構的圓柱形管狀支架的方法，包括紡絲液的制備、靜電紡纖維的收集和管狀支架的取出及保存步驟，采用以下工藝條件(1)將0. 8克膠原蛋白溶于10毫升六氟異丙醇中，磁力攪拌12- 小時至完全溶解，得到濃度為8% (克/毫升)的膠原蛋白溶液。(2)通過旋轉接收裝置進行靜電紡絲，紡絲條件電壓15千伏；接收距離150毫米；紡絲速率，1. 0毫升/小時，旋轉速率10轉/分鐘，轉軸絕緣段直徑2毫米，長度20毫米。(3)持續靜電紡絲2小時后，取下轉軸，將沉積在上的纖維膜抽出，得到膠原蛋白納米纖維管狀支架，并置于真空干燥箱保存。所得的管狀支架內徑2毫米，長度20毫米，膠原蛋白纖維沿支架軸向取向排列，平均直徑313納米。實施例2按照前述制備本發明中具有軸向取向結構的圓柱形管狀支架的方法，包括紡絲液的制備、靜電紡纖維的收集和管狀支架的取出及保存步驟，采用以下工藝條件(1)將0. 75克聚乳酸溶于10毫升六氟異丙醇中，磁力攪拌12_24小時至完全溶解，得到濃度為7. 5% (克/毫升)的聚乳酸溶液。(2)通過旋轉接收裝置進行靜電紡絲，紡絲條件電壓，12千伏；接收距離，150毫米；紡絲速率，1. 0毫升/小時，旋轉速率50轉/分鐘，轉軸絕緣段直徑3毫米，長度20毫米。(3)持續靜電紡絲5小時后，取下轉軸，將沉積在上的纖維膜抽出，得到聚乳酸納米纖維管狀支架，并置于真空干燥箱保存。所得的管狀支架內徑3毫米，長度20毫米，聚乳酸纖維沿支架軸向取向排列，平均直徑820納米。實施例3按照前述制備本發明中具有軸向取向結構的圓柱形管狀支架的方法，包括紡絲液的制備、靜電紡纖維的收集和管狀支架的取出及保存步驟，采用以下工藝條件(1)將1. 0克聚己內酯溶于10毫升二氯甲烷中，磁力攪拌12- 小時至完全溶解， 得到濃度為10% (克/毫升)的聚己內酯溶液。(2)通過旋轉接收裝置進行靜電紡絲，紡絲條件電壓，20千伏；接收距離，20毫米；紡絲速率，1. 5毫升/小時，旋轉速率50轉/分鐘，轉軸絕緣段直徑10毫米，長度50毫米。(3)持續靜電紡絲6小時后，取下轉軸，將沉積在上的纖維膜抽出，得到聚己內酯納米纖維管狀支架，并置于真空干燥箱保存。所得的管狀支架內徑10毫米，長度50毫米，聚己內酯纖維沿支架軸向取向排列， 平均直徑563納米。實施例4按照前述制備本發明中具有軸向取向結構的圓柱形管狀支架的方法，包括紡絲液的制備、靜電紡纖維的收集和管狀支架的取出及保存步驟，采用以下工藝條件(1)將1.4克聚乳酸-羥基乙酸溶于10毫升二氯甲烷中，磁力攪拌12- 小時至完全溶解，得到濃度為14% (克/毫升)的聚乳酸-羥基乙酸溶液。
5
(2)通過旋轉接收裝置進行靜電紡絲，紡絲條件電壓，20千伏；接收距離，15毫米；紡絲速率，1. 0毫升/小時，旋轉速率100轉/分鐘，轉軸絕緣段直徑1. 5毫米，長度25毫米。(3)持續靜電紡絲10小時后，取下轉軸，將沉積在上的纖維膜抽出，得到聚乳酸-羥基乙酸納米纖維管狀支架，并置于真空干燥箱保存。所得的管狀支架內徑1. 5毫米，長度25毫米，聚乳酸-羥基乙酸纖維沿支架軸向取向排列，平均直徑446納米，如圖3所示。實施例5具有軸向取向結構靜電紡圓柱形管狀支架的接收裝置，該裝置包括馬達1、皮帶傳送裝置2、傳動轉軸3以及收集轉軸4 ；其中，所述的馬達1與傳動轉軸3相連，通過皮帶傳送裝置2帶動收集轉軸4的兩端同步轉動；所述的收集轉軸分為三段，中間段為絕緣圓柱體5，始端6和末端7分別與第一金屬圓體8和第二金屬圓體9相連，由兩個金屬圓柱體固定并帶動旋轉。所述的絕緣圓柱體5的直徑為1-20毫米，絕緣部分長度為5-80毫米。
權利要求
1.一種具有軸向取向結構靜電紡圓柱形管狀支架的制備方法，包括(1)將聚合物溶于有機溶劑中，攪拌12-M小時至完全溶解，得到濃度為0.05-2. 0克/ 毫升的紡絲溶液；(2)將上述紡絲溶液進行靜電紡絲，通過接收裝置使纖維定向沉積在接收裝置的絕緣圓柱體( 上；持續靜電紡絲2-12小時后，取下轉軸，將沉積在上的纖維膜抽出，真空干燥后，即得圓柱形管狀支架。
2.根據權利要求1所述的一種具有軸向取向結構靜電紡圓柱形管狀支架的制備方法， 其特征在于所述步驟(1)中的聚合物為聚乳酸、聚己內酯、聚氨酯或膠原蛋白。
3.根據權利要求1所述的一種具有軸向取向結構靜電紡圓柱形管狀支架的制備方法， 其特征在于所述步驟(1)中的溶劑為六氟異丙醇或二氯甲烷。
4.根據權利要求1所述的一種具有軸向取向結構靜電紡圓柱形管狀支架的制備方法， 其特征在于所述步驟(1)中的攪拌為磁力攪拌。
5.根據權利要求1所述的一種具有軸向取向結構靜電紡圓柱形管狀支架的制備方法， 其特征在于所述步驟O)中的靜電紡絲是在通風櫥內進行的。
6.根據權利要求1所述的一種具有軸向取向結構靜電紡圓柱形管狀支架的制備方法， 其特征在于所述步驟O)中的絕緣圓柱體(5)的旋轉速度為5-60轉/分。
7.根據權利要求1所述的一種具有軸向取向結構靜電紡圓柱形管狀支架的制備方法， 其特征在于所述步驟( 得到的圓柱形管狀支架，其纖維沿所述的圓柱形絕緣轉軸的軸向定向排列，支架直徑為1-20毫米。
8.一種制備具有軸向取向結構靜電紡圓柱形管狀支架的接收裝置，其特征在于該裝置包括馬達(1)、皮帶傳送裝置O)、傳動轉軸(3)以及收集轉軸；其中，所述的馬達 (1)與傳動轉軸( 相連，通過皮帶傳送裝置( 帶動收集轉軸的兩端同步轉動；所述的收集轉軸分為三段，中間段為絕緣圓柱體(5)，始端(6)和末端(7)分別與第一金屬圓體 (8)和第二金屬圓體(9)相連，由兩個金屬圓柱體固定并帶動旋轉。
9.根據權利要求8所述的一種制備具有軸向取向結構靜電紡圓柱形管狀支架的接收裝置，其特征在于所述的絕緣圓柱體( 的直徑為1-20毫米，絕緣部分長度為5-80毫米。
全文摘要
本發明涉及一種具有軸向取向結構靜電紡圓柱形管狀支架的制備及其裝置，包括(1)制備紡絲溶液；(2)將上述紡絲溶液進行靜電紡絲，通過接收裝置使纖維定向沉積在接收裝置的圓柱形絕緣轉軸上，將沉積在轉軸上的纖維膜抽出，真空干燥即得；制備具有軸向取向結構靜電紡圓柱形管狀支架的接收裝置包括馬達、皮帶傳送裝置、傳動轉軸以及收集轉軸；所述的馬達與傳動轉軸相連，通過皮帶傳送裝置帶動收集轉軸的兩端同步轉動；所述的收集轉軸分為三段，中間段為絕緣圓柱體，始末端與兩段金屬圓體相連，由金屬圓柱體固定并帶動旋轉。本方法具有較高的可操作性，使用的接收裝置結構新穎合理，所得管狀支架上的纖維呈現高度取向性，沿支架軸向定向排列。
文檔編號A61F2/00GK102560699SQ20121000628
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月11日 優先權日2012年1月11日
發明者林童, 柯勤飛, 莫秀梅, 黃晨 申請人:東華大學