激光熔融静电纺丝法制备聚合物微/纳米纤维及其应用研究

摘要

激光熔融静电纺丝法是一种环保、高效、较理想的制备微/纳米纤维的新方法。该方法是一种微/纳米纤维的无溶剂纺丝法，实现了纤维直径可调控，并且纤维无毒性，生产效率高。相比溶液静电纺丝更高效、环保、安全。激光熔融静电纺丝法制备生物可降解微/纳米纤维支架材料有望更好地应用于组织工程领域。
　　 本论文主要对聚己内酰胺(PA6)、热塑性聚氨酯(TPU)、单甲氧基聚乙二醇-左旋聚乳酸共聚物(MPEG-PLLA)以及聚乳酸羟基乙酸共聚物(PLGA)多种聚合物材料的可纺性及所得电纺纤维的物性进行了研究。我们还利用纳米羟基磷灰石(nHA)对PLGA纤维进行改性，制备了改性的PLGA/nHA复合纤维，希望提高电纺纤维膜的力学性能和亲水性。同时我们对PLGA/nHA复合纤维支架材料进行了细胞培养，考察了其生物相容性。
　　 采用扫描电镜(SEM)对所得纤维形貌及影响因素进行了分析，采用傅里叶红外光谱(FIIR)、示差扫描量热仪(DSC)、X射线衍射(XRD)、单轴拉力机、能谱分析(EDS)等多种表征手段对纤维的物性进行了表征。研究结果表明:PA6纤维直径随着激光电流的增加而减小;TPU及MPEG-PLLA纤维直径与应用电压无明显关系。XRD与DSC研究表明:对PA6来说，得到结晶度为48.7％左右的结晶态纤维，而对于TPU和PLGA来说，得到的为无定形态纤维。EDS表征证明了PLGA/nHA纤维中纳米颗粒的存在。力学测试表明:TPU、PLGA纤维膜的断裂伸长率分别为133.85±36.2％、14.71±6.74％，拉伸强度分别为3±1.24MPa和1.02±0.35MPa。PLGA正交实验结果表明:对于PLGA来说，影响纤维直径大小的因素依次为:激光电流，进料速度，应用电压。孔隙率计算和降解实验表明:PLGA电纺纤维支架材料具有较高的孔隙率和良好的生物可降解性能;接触角实验表明HA的加入一定程度上提高了PLGA电纺膜的亲水性。细胞培养实验表明:激光熔融静电纺丝法制备的PLGA/nHA微/纳米纤维支架材料，促进了人胚胎肾细胞的生长与繁殖，可以提供较理想的细胞黏附、增殖和分化微环境。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 纳米纤维和静电纺丝

1．2 熔融静电纺丝法简介

1．3 熔融静电纺丝法研究概况

1．4 熔融静电纺丝的应用

1．4．1 生物医学领域

1．4．2 过滤，分离，清洁能源等方面应用

1．4．3 其他方面应用

1．5 激光熔融静电纺丝法简介

1．5．1 激光熔融静电纺丝原理

1．5．2 激光熔融静电纺丝法特点

1．5．3 过程参数

1．6 本课题研究的目的及意义

第2章 激光熔融静电纺丝法制备PA6及PA6-EVOH微/纳米纤维及其表征

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 主要实验原料与仪器

2．2．2 激光熔融静电纺丝法制备PA6及PA6/EVOH微/纳米纤维

2．2．3 实验表征及测试

2．3 结果与讨论

2．3．1 不同条件下PA6纤维的微观形貌及直径

2．3．2 双组分PA6/EVOH复合纤维形貌与直径大小

2．3．3 PA6纤维的分子结构

2．3．4 PA6电纺纤维的热学性能测定

2．3．5 PA6电纺纤维的结晶行为测定

2．4 小结

第3章 激光熔融静电纺丝法制备TPU及MPEG-PLLA纤维及其表征

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 主要原料与仪器

3．2．2 激光熔融静电纺丝法制备TPU纤维

3．2．3 激光熔融静电纺丝法制备MPEG-PLLA共聚物纤维

3．2．4 实验表征及测试

3．3 电纺TPU结果与讨论

3．3．1 电纺参数对TPU纤维直径的影响

3．3．2 TPU纤维的DSC及XRD表征

3．3．3 TPU纤维膜的力学性能

3．4 电纺MPEG-PLLA结果与讨论

3．4．1 不同实验参数条件下纤维的形貌表征

3．4．2 红外表征

3．4．3 DSC表征

3．4．4 亲水性表征

3．4．5 TG表征

3．5 PLLA/MPEG-PLLA复合纤维结果与讨论

3．5．1 激竟电流对电纺PLLA/MPEG-PLLA纤维形貌的影响

3．5．2 PLLA/MPEG-PLLA电纺膜的力学性能

3．5．3 亲水性表征

3．6 小结

第4章 激光熔融静电纺丝法制备PLGA及PLGA/nHA微/纳米纤维及性能表征

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 主要原料与仪器

4．2．2 激光熔融静电纺丝PLGA纤维

4．2．3 激光熔融静电纺丝PLGA/nHA纤维

4．2．4 实验表征及测试

4．3 电纺PLGA纤维结果与讨论

4．3．1 电纺参数对PLGA纤维直径的影响

4．3．2 PLGA电纺纤维膜的DSC及TG表征

4．3．3 PLGA电纺热压纤维膜的力学性能表征

4．3．4 电纺纤维膜的孔隙率的测定

4．3．5 PLGA电纺纤维的正交实验

4．3．6 PLGA电纺纤维支架材料的体外降解实验研究

4．4 电纺PLGA/nHA复合纤维结果与讨论

4．4．1 PLGA/nHA复合纤维的微观形貌

4．4．2 PLGA/nHA复合纤维的力学性能

4．4．3 PLGA/8％HA纤维的XRD表征

4．4．4 PLGA/8％HA纤维的TG表征

4．4．5 PLGA/8％HA纤维的EDS分析

4．5 小结

第5章 激光熔融静电纺PLGA纤维及PLGA/nHA复合纤维应用于组织工程

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 主要原料与仪器

5．2．2 接触角测试

5．2．3 细胞培养实验

5．2．4 测试与表征

5．3 结果与讨论

5．3．1 电纺纤维膜的表面润湿性

5．3．2 表面形态

5．3．3 细胞贴附生长和成活率分析

5．4 小结

第6章 结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢