一種批量制備同軸納米纖維的靜電紡絲裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種同軸靜電紡絲裝置，具體涉及批量制備同軸結(jié)構(gòu)納米纖維的靜電紡絲裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]靜電紡納米纖維由于具有較小的直徑和較高的比表面積，使其在生物醫(yī)用材料、過(guò)濾、催化、能源、光電等領(lǐng)域發(fā)揮了巨大的作用。傳統(tǒng)的靜電紡絲技術(shù)采用單針頭進(jìn)行紡絲，只能制備單一結(jié)構(gòu)的納米纖維。2002年，科學(xué)家Loscertales發(fā)明了第一臺(tái)同軸靜電噴霧設(shè)備，之后一些科學(xué)家將這一技術(shù)運(yùn)用到靜電紡絲領(lǐng)域，通過(guò)改造噴頭結(jié)構(gòu)，發(fā)展了同軸靜電紡絲技術(shù)，能夠制備具有皮芯結(jié)構(gòu)的納米纖維。由于同軸紡納米纖維具有特殊的結(jié)構(gòu)，使其被應(yīng)用到越來(lái)越多的潛在領(lǐng)域，尤其是被用于藥物緩釋體系、組織工程支架等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。
[0003]目前的同軸靜電紡絲技術(shù)主要集中在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的使用，以單軸靜電紡絲為基礎(chǔ)發(fā)展而來(lái)，主要區(qū)別在于使用了不同結(jié)構(gòu)的噴絲口。普通靜電紡絲技術(shù)使用的噴絲口是單軸毛細(xì)管，而改進(jìn)后的同軸噴絲口為同心軸的復(fù)合毛細(xì)管。皮層溶液和芯層溶液分別裝在兩個(gè)推進(jìn)容器中，皮層溶液在外力驅(qū)動(dòng)下從內(nèi)外層噴絲口之間的環(huán)狀空隙處流出；芯層溶液從內(nèi)毛細(xì)管流出。因?yàn)閮?nèi)管直徑較小，故其置于直徑較大的外層毛細(xì)噴頭內(nèi)并保持同軸，所以皮層和芯層溶液在同軸紡絲裝置內(nèi)并不接觸，而在同軸噴頭端口處匯集并形成復(fù)合液滴。對(duì)復(fù)合液滴施加高壓電場(chǎng)，其表面富集大量電荷。當(dāng)電荷聚集到一定程度時(shí)，靜電場(chǎng)力將復(fù)合液滴拉伸成復(fù)合的Taylor錐。復(fù)合的Taylor錐被進(jìn)一步牽伸后形成皮芯結(jié)構(gòu)的射流，由于在牽伸的過(guò)程中劇烈鞭動(dòng)，隨著溶劑在細(xì)流牽伸過(guò)程中快速揮發(fā)和射流的逐漸細(xì)化，最終得到皮芯結(jié)構(gòu)的同軸納米纖維。
[0004]噴嘴處的同心圓環(huán)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了同時(shí)將兩種可混溶或不可混溶的溶液進(jìn)行靜電紡絲的可能性，從而最終得到具有二級(jí)機(jī)構(gòu)的皮芯納米纖維。這種制備皮芯結(jié)構(gòu)納米纖維的方法操作簡(jiǎn)單，在纖維的均勻性和連續(xù)性方面都要好于其他的加工方法。通過(guò)選擇不同的聚合物，可以使皮芯結(jié)構(gòu)納米纖維的皮層具有良好的生物相容性、感光性等，而纖維芯層則具備較好的機(jī)械性能。當(dāng)皮層載入生物、化學(xué)、光學(xué)或電學(xué)活性物質(zhì)后，皮芯結(jié)構(gòu)納米纖維在藥物控制釋放、組織工程、催化、傳感等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用潛力。但實(shí)驗(yàn)室使用的同軸靜電紡絲裝置普遍使用毛細(xì)管為噴絲頭，很大程度上限制了同軸納米纖維的生產(chǎn)效率，使其無(wú)法得到大規(guī)模的生產(chǎn)應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有同軸靜電紡絲技術(shù)效率低下的問(wèn)題，提供一種方便且可批量制備同軸納米纖維的靜電紡絲裝置，通過(guò)該裝置中的無(wú)針式同軸靜電紡絲噴頭可以同時(shí)形成大量同軸紡射流，大幅提高同軸靜電紡絲的效率。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種批量制備同軸納米纖維的靜電紡絲裝置，其特征在于，包括第一供液裝置、第二供液裝置、無(wú)針式同軸靜電紡絲噴頭、纖維收集裝置和高壓發(fā)生器，高壓發(fā)生器的正極與無(wú)針式同軸靜電紡絲噴頭連接，高壓發(fā)生器的負(fù)極與纖維收集裝置連接，其中，所述的無(wú)針式同軸靜電紡絲噴頭包括外層溶液噴絲頭和設(shè)于外層溶液噴絲頭內(nèi)側(cè)的內(nèi)層溶液噴絲頭，所述的內(nèi)層溶液噴絲頭和外層溶液噴絲頭皆為喇叭形，內(nèi)層溶液噴絲頭和外層溶液噴絲頭同軸設(shè)置，外層溶液噴絲頭和內(nèi)層溶液噴絲頭和分別與第一供液裝置和第二供液裝置連接，第一供液裝置和第二供液裝置中分別設(shè)有外層溶液和內(nèi)層溶液，內(nèi)層溶液在無(wú)針式同軸靜電紡絲噴頭邊緣處沿軸向覆蓋在外層溶液上面形成同軸復(fù)合溶液，在高壓發(fā)生器產(chǎn)生的高壓靜電場(chǎng)的作用下，沿?zé)o針式同軸靜電紡絲噴頭邊緣軸向形成多個(gè)同軸紡射流。
[0007]優(yōu)選地，所述的批量制備同軸納米纖維的靜電紡絲裝置還包括紡絲溶液回收槽，所述的紡絲溶液回收槽的中部設(shè)有通孔，所述的無(wú)針式同軸靜電紡絲噴頭設(shè)于所述的通孔中，無(wú)針式同軸靜電紡絲噴頭的內(nèi)層溶液和外層溶液在第二供液裝置和第一供液裝置的驅(qū)動(dòng)下，在無(wú)針式同軸靜電紡絲噴頭的邊緣處溢出，并沿?zé)o針式同軸靜電紡絲噴頭的外表面流向紡絲溶液回收槽。
[0008]優(yōu)選地，所述的纖維收集裝置接地。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0010]本發(fā)明采用無(wú)針式同軸靜電紡絲噴頭，避免了噴頭易堵塞的情況，且可同時(shí)產(chǎn)生大量同軸紡絲射流，紡絲效率大幅提高，可實(shí)現(xiàn)同軸納米纖維的規(guī)?；a(chǎn)。亦可增大同軸結(jié)構(gòu)納米纖維氈的幅寬，從而擴(kuò)大同軸纖維的應(yīng)用。本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，生產(chǎn)效率高，在高壓靜電場(chǎng)中能同時(shí)形成大量的同軸靜電紡射流，批量制備具有皮芯結(jié)構(gòu)的納米纖維氈。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為一種批量制備同軸結(jié)構(gòu)納米纖維的靜電紡絲裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍。
[0013]實(shí)施例
[0014]如圖1所示，為批量制備同軸納米纖維的靜電紡絲裝置結(jié)構(gòu)示意圖，所述的批量制備同軸納米纖維的靜電紡絲裝置包括第一供液裝置1、第二供液裝置6、無(wú)針式同軸靜電紡絲噴頭3、纖維收集裝置4和高壓發(fā)生器5，高壓發(fā)生器5的正極與無(wú)針式同軸靜電紡絲噴頭3連接，高壓發(fā)生器5的負(fù)極與纖維收集裝置4連接，所述的纖維收集裝置4接地。所述的無(wú)針式同軸靜電紡絲噴頭3包括外層溶液噴絲頭和設(shè)于外層溶液噴絲頭內(nèi)側(cè)的內(nèi)層溶液噴絲頭，所述的內(nèi)層溶液噴絲頭和外層溶液噴絲頭皆為喇叭形，內(nèi)層溶液噴絲頭和外層溶液噴絲頭同軸設(shè)置，外層溶液噴絲頭和內(nèi)層溶液噴絲頭和分別與第一供液裝置I和第二供液裝置6連接，第一供液裝置I和第二供液裝置6中分別設(shè)有外層溶液和內(nèi)層溶液，內(nèi)層溶液在無(wú)針式同軸靜電紡絲噴頭3邊緣處沿軸向覆蓋在外層溶液上面形成同軸復(fù)合溶液，在高壓發(fā)生器5產(chǎn)生的高壓靜電場(chǎng)的作用下，沿?zé)o針式同軸靜電紡絲噴頭3邊緣軸向形成多個(gè)同軸紡射流。
[0015]所述的批量制備同軸納米纖維的靜電紡絲裝置還包括紡絲溶液回收槽2，所述的紡絲溶液回收槽2的中部設(shè)有通孔，所述的無(wú)針式同軸靜電紡絲噴頭3設(shè)于所述的通孔中，無(wú)針式同軸靜電紡絲噴頭3的內(nèi)層溶液和外層溶液在第二供液裝置6和第一供液裝置I的驅(qū)動(dòng)下，在無(wú)針式同軸靜電紡絲噴頭3的邊緣處溢出，并沿?zé)o針式同軸靜電紡絲噴頭3的外表面流向紡絲溶液回收槽2。
[0016]在同軸納米纖維批量紡絲過(guò)程中，首先調(diào)節(jié)第一供液裝置1、第二供液裝置6，使內(nèi)外層溶液沿?zé)o針式同軸靜電紡絲噴頭3邊緣處均勻覆蓋，并保持流動(dòng)狀態(tài)，內(nèi)外層溶液在高壓靜電場(chǎng)作用下沿?zé)o針式同軸靜電紡絲噴頭3邊緣形成大量泰勒錐，隨著電壓的增大形成大量射流，無(wú)針式同軸靜電紡絲噴頭的外層溶液帶動(dòng)覆蓋其上的內(nèi)層溶液形成同軸紡絲射流。過(guò)量的內(nèi)外層紡絲溶液經(jīng)無(wú)針式同軸靜電紡絲噴頭3的邊緣沿其表面流向紡絲溶液回收槽2 ;纖維收集裝置4接地，用于同軸納米纖維氈的連續(xù)收集，其與無(wú)針式同軸靜電紡絲噴頭3之間的紡絲距離可以根據(jù)工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)；高壓發(fā)生器5的正極與無(wú)針式同軸靜電紡絲噴頭3相連，在無(wú)針式同軸靜電紡絲噴頭3和纖維收集裝置4之間形成高壓靜電場(chǎng)。
[0017]所述的批量制備同軸結(jié)構(gòu)納米纖維的靜電紡絲裝置在進(jìn)行同軸紡絲時(shí)，無(wú)針式同軸靜電紡絲噴頭3的內(nèi)層溶液噴絲頭和外層溶液噴絲頭須同軸配置。即內(nèi)層溶液噴絲頭和外層溶液噴絲頭的軸線在同一直線上。從而確保形成的復(fù)合射流以及最終得到的納米纖維具有標(biāo)準(zhǔn)的同軸結(jié)構(gòu)，防止偏心或者混紡纖維的出現(xiàn)，保證其在各應(yīng)用領(lǐng)域的有效使用。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種批量制備同軸納米纖維的靜電紡絲裝置，其特征在于，包括第一供液裝置(1)、第二供液裝置(6)、無(wú)針式同軸靜電紡絲噴頭(3)、纖維收集裝置(4)和高壓發(fā)生器(5)，高壓發(fā)生器(5)的正極與無(wú)針式同軸靜電紡絲噴頭(3)連接，高壓發(fā)生器(5)的負(fù)極與纖維收集裝置(4)連接，其中，所述的無(wú)針式同軸靜電紡絲噴頭(3)包括外層溶液噴絲頭和設(shè)于外層溶液噴絲頭內(nèi)側(cè)的內(nèi)層溶液噴絲頭，所述的內(nèi)層溶液噴絲頭和外層溶液噴絲頭皆為喇叭形，內(nèi)層溶液噴絲頭和外層溶液噴絲頭同軸設(shè)置，外層溶液噴絲頭和內(nèi)層溶液噴絲頭和分別與第一供液裝置(I)和第二供液裝置(6)連接，第一供液裝置(I)和第二供液裝置(6)中分別設(shè)有外層溶液和內(nèi)層溶液，內(nèi)層溶液在無(wú)針式同軸靜電紡絲噴頭(3)邊緣處沿軸向覆蓋在外層溶液上面形成同軸復(fù)合溶液，在高壓發(fā)生器(5)產(chǎn)生的高壓靜電場(chǎng)的作用下，沿?zé)o針式同軸靜電紡絲噴頭(3)邊緣軸向形成多個(gè)同軸紡射流。
2.如權(quán)利要求1所述的批量制備同軸納米纖維的靜電紡絲裝置，其特征在于，所述的批量制備同軸納米纖維的靜電紡絲裝置還包括紡絲溶液回收槽(2)，所述的紡絲溶液回收槽(2)的中部設(shè)有通孔，所述的無(wú)針式同軸靜電紡絲噴頭(3)設(shè)于所述的通孔中，無(wú)針式同軸靜電紡絲噴頭⑶的內(nèi)層溶液和外層溶液在第二供液裝置(6)和第一供液裝置⑴的驅(qū)動(dòng)下，在無(wú)針式同軸靜電紡絲噴頭(3)的邊緣處溢出，并沿?zé)o針式同軸靜電紡絲噴頭(3)的外表面流向紡絲溶液回收槽(2)。
3.如權(quán)利要求1所述的批量制備同軸納米纖維的靜電紡絲裝置，其特征在于，所述的纖維收集裝置(4)接地。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種批量制備同軸納米纖維的靜電紡絲裝置，其特征在于，包括第一供液裝置、第二供液裝置、無(wú)針式同軸靜電紡絲噴頭、纖維收集裝置和高壓發(fā)生器，其中，所述的無(wú)針式同軸靜電紡絲噴頭包括外層溶液噴絲頭和設(shè)于外層溶液噴絲頭內(nèi)側(cè)的內(nèi)層溶液噴絲頭，外層溶液噴絲頭和內(nèi)層溶液噴絲頭和分別與第一供液裝置和第二供液裝置連接，第一供液裝置和第二供液裝置中分別設(shè)有外層溶液和內(nèi)層溶液，內(nèi)層溶液在無(wú)針式同軸靜電紡絲噴頭邊緣處沿軸向覆蓋在外層溶液上面形成同軸復(fù)合溶液，在高壓發(fā)生器產(chǎn)生的高壓靜電場(chǎng)的作用下，沿?zé)o針式同軸靜電紡絲噴頭邊緣軸向形成多個(gè)同軸紡射流。本發(fā)明可以批量制備具有皮芯結(jié)構(gòu)的納米纖維氈。
【IPC分類】D01D5-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104611772
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510020817
【發(fā)明人】覃小紅, 蔣國(guó)軍, 張賽
【申請(qǐng)人】東華大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年5月13日
【申請(qǐng)日】2015年1月15日