丝素蛋白/聚己内酯纳米纤维膜的制备及双轴力学性能研究

摘要

本文通过静电纺丝法制备了丝素蛋白纳米纤维膜，研究乙醇处理对其形貌、结构和力学性能的影响。结果表明，乙醇处理后，丝素蛋白纤维直径增大，纤维间出现粘结，丝素蛋白分子构象从无规转变为β折叠结构，结晶结构以silkⅡ型为主，纤维膜经乙醇处理后，断裂应力增大，断裂应变减小。将丝素蛋白与聚己内酯共混，静电纺制得丝素蛋白/聚己内酯共混纳米纤维膜，随着聚己内酯含量比增加，纤维直径逐渐减小，纤维膜的应力应变均有所提高。因此，可通过调节聚合物的含量来对电纺共混纳米纤维膜的力学性能进行调控。
　　在上述基础之上，以滚筒为收集装置，静电纺制备了取向排列的丝素蛋白/聚己内酯共混纳米纤维膜。利用场发射扫描电镜对丝素蛋白/聚己内酯纳米纤维的形貌进行表征，并利用MATLAB软件对纤维排列的取向程度进行定量计算，最后以单轴拉伸测试电纺纳米纤维膜的力学性能。结果表明收集滚简转速越大，纤维直径越小、排列取向程度越高;纤维定向排列的结构使电纺膜力学性能表现出了各向异性，与垂直滚筒滚动方向的纤维膜相比，沿滚筒滚动方向的纤维膜断裂应力较大、断裂应变较小;随着滚筒转速提高，沿滚筒滚动向的纤维膜断裂应力逐渐增大、断裂应变逐渐减少，而垂直滚筒滚动方向的纤维膜则呈相反的力学行为。
　　本文利用双轴拉伸测试丝素蛋白/聚己内酯纳米纤维膜的力学性能。在双轴两向拉伸速率比1∶1、2∶1、5∶1、8∶1下，对无规排列的纤维膜进行双轴拉伸破坏实验，在拉伸速率比1∶1、2∶1、4∶1、5∶1、8∶1下进行双轴循环拉伸实验;在1∶1的速率比下对取向排列的纤维膜进行双轴循环拉伸。结果表明，电纺纤维膜最大拉伸负荷与施加的拉伸速率比有关，沿滚筒滚动方向的纤维膜拉伸负荷要大于垂直滚筒滚动方向。电纺纤维膜在循环载荷作用下具有非线性非弹性的力学特性，纤维膜的弹性功率随着循环次数增加而提高，与拉伸速率比关系不大，取向方向的纤维膜弹性效率要略高于垂直方向。
　　最后，本文对第2次循环拉伸负荷-应变曲线进行拟合，建立了在双轴循环加载段电纺纤维膜拉伸负荷-应变的关系式σ=A+Bε+Cε2，预测纤维膜此后的拉伸负荷-应变值，经实际实验数据验证，表明该数学模型较为合理。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 静电纺纤维支架应用于组织工程的研究概况

1．1．1 伤口修复及皮肤重建

1．1．2 骨组织工程支架

1．1．3 管状支架

1．2 静电纺取向纳米纤维的研究概况

1．2．1 静电纺取向纳米纤维的制备方法

1．2．2 静电纺取向纳米纤维支架在组织工程领域的应用

1．3 静电纺丝素蛋白及聚己内酯纳米纤维支架

1．3．1 静电纺丝素蛋白纤维支架在组织工程领域的应用

1．3．2 静电纺丝聚己内酯纤维支架在组织工程领域的应用

1．4 双轴向拉伸测试材料力学性能的研究进展

1．5 论文的目的及研究内容

第二章 丝素蛋白／聚己内酯纳米纤维膜的制备及性能研究

2．1 引言

2．2 实验

2．2．1 实验材料

2．2．2 实验仪器

2．2．3 再生丝素的制备

2．2．4 静电纺丝素蛋白／聚己内酯共混纳米纤维膜的制备

2．2．5 静电纺丝素蛋白纳米纤维膜的后处理

2．2．6 静电纺纳米纤维的结构表征和力学性能测试

2．3 结果与讨论

2．3．1 电纺纳米纤维形貌分析

2．3．2 静电纺纳米纤维膜的结构

2．3．3 静电纺纳米纤维膜力学性能分析

2．4 本章小结

第三章 静电纺取向排列的丝素蛋白／聚己内酯纳米纤维的制备及性能研究

3．1 引言

3．2 实验

3．2．1 实验材料

3．2．2 实验仪器

3．2．3 静电纺取向排列的丝素蛋白／聚己内酯纳米纤维膜的制备

3．2．4 静电纺取向排列的丝素蛋白／聚己内酯纳米纤维膜的形貌表征和力学性能测试

3．3 结果与讨论

3．3．1 收集滚筒转速对电纺丝素蛋白／聚己内酯纳米纤维膜形貌的影响

3．3．2 收集滚筒转速对电纺丝素蛋白／聚己内酯纳米纤维膜单轴拉伸力学性能的影响

3．4 本章小结

第四章 双轴不同拉伸速率下电纺丝素蛋白／聚己内酯纳米纤维膜的力学性能

4．1 引言

4．2 实验

4．2．1 实验材料

4．2．2 实验仪器

4．2．3 双轴拉伸实验设计

4．3 结果与讨论

4．3．1 双轴拉伸破坏测试

4．3．2 双轴循环拉伸测试

4．3．3 双轴拉伸曲线拟合

4．4 本章小结

第五章 取向排列丝素蛋白／聚己内酯纳米纤维膜的双轴力学性能

5．1 引言

5．2 实验

5．2．1 实验材料

5．2．2 实验仪器

5．2．3 双轴循环拉伸实验设计

5．3 结果与讨论

5．3．1 收集滚筒转速对电纺取向纤维双轴力学性能的影响

5．3．2 双轴拉伸曲线拟合

5．4 本章小结

第六章 全文总结

6．1 总结

6．2 建议

参考文献

攻读硕士期间发表论文情况

致谢