电纺丝材料接收装置以及电纺丝制造设备

摘要

本发明公开了一种电纺丝材料接收装置以及电纺丝制造设备。该接收装置包括：接收平板、驱动接收平板转动的驱动装置以及对接收平板进行制冷的制冷装置，驱动装置连接于接收平板。该电纺丝制造设备包括高压电源、与高压电源连接的电纺丝注射器推送装置和上述电纺丝材料接收装置，电纺丝注射器推送装置的喷射口与接收平板的接收面对应设置。通过制冷装置能够对接收平板进行制冷，使得纺丝过程中，空气中的水气冷凝形成的冰晶不断生长，冰晶作为致孔剂和支撑材料，得到海绵状、孔洞相互连通的三维立体电纺丝材料。接收平板在转动下可同时均匀接收不同方向喷头喷出的纤维，实现双组分或多组分静电纺丝，避免因同种电荷排斥而导致纤维分布不均匀。

说明书

技术领域

本发明涉及纺丝制造领域，具体而言，涉及一种电纺丝材料接收装置以及电纺丝制造设备。

背景技术

近年来，纳米技术已经成为科学界的研究前沿和研究热点。静电纺丝是一种制备纳米纤维的重要方法，1934年由Fomhals首次提出。静电纺丝是利用静电力对聚合物进行加工的纺丝工艺，其原理为通过高压电源使熔体或聚合物溶液带电克服表面张力而持续喷射，制备出纳米纤维。

静电纺丝技术的加工范围涵盖几乎所有的天然材料和合成材料，甚至包括蛋白质、多糖、核酸以及生物活性物质，从而广泛应用于材料科学、生物技术、组织工程、环境保护、能源和电子材料等领域。静电纺丝在生物组织工程的应用中，由于静电纺丝支架可以模仿人细胞外基质的纳米纤维结构有利于细胞粘附和增殖而备受重视。

然而，传统的静电纺丝使用平面接收板，得到的纳米纤维紧密堆积高度压缩，主要的孔径大小只有1到2μm，材料厚度不超过500μm。虽然紧密的二维纳米纤维有利于细胞分散，但是限制了细胞的迁移和向材料内部的渗透。目前的传统静电纺丝材料在组织工程中受限于膜状材料应用于骨、皮肤、神经、血管和软骨的损伤修复中。但是细胞需要足够的三维空间来维持其形态特征和进行生理活动，支架需要具备相应的孔隙率与孔隙直径，以实现种子细胞的立体培养，同时促进细胞培养过程中的营养成分与废物的运输。因此，亟需实现双组份和多组分的三维立体结构电纺丝的制造设备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电纺丝材料接收装置，其能够实现在接收静电纺丝过程中获得双组份或多组分的三维立体电纺丝材料。

本发明的另一目的在于提供一种电纺丝制造设备，其制造双组份或多组分的三维立体电纺丝材料。

本发明的实施例是这样实现的：

本发明提供的一种电纺丝材料接收装置，其包括：接收平板、用于驱动接收平板转动的驱动装置以及用于对接收平板进行制冷的制冷装置，驱动装置连接于接收平板。

在本发明较佳的实施例中，上述制冷装置包括半导体制冷片，半导体制冷片固定连接于接收平板。

在本发明较佳的实施例中，上述制冷装置还包括散热板，半导体制冷片的热端连接于散热板，散热板固定连接于驱动装置。

在本发明较佳的实施例中，上述制冷装置还包括用于盛装制冷液的散热液槽，散热板设置于散热液槽内。

在本发明较佳的实施例中，上述散热板远离半导体制冷片的一面设置有散热鳍，散热鳍包括多个内径大小不同的环状散热片，多个环状散热片根据内径从小到大沿散热板的中心向边缘依次设置。

在本发明较佳的实施例中，上述散热液槽内还设置有换热管，换热管设置有用于与外部液冷循环系统出口连通的进液口以及用于与外部液冷循环系统进口连通的出液口。

在本发明较佳的实施例中，上述半导体制冷片的冷端连接于接收平板的底面，半导体制冷片与接收平板之间以及半导体制冷片与散热板之间均通过导冷硅脂粘接。

在本发明较佳的实施例中，上述驱动装置为电机，电机的转轴通过导电滑环与接收平板连接，导电滑环连接于制冷装置。

在本发明较佳的实施例中，上述电纺丝材料接收装置还包括用于控制电机开关和转速的控制器，控制器与电机通信连接。

本发明还涉及一种电纺丝制造设备，其包括高压电源、电纺丝注射器推送装置和上述电纺丝材料接收装置，高压电源与电纺丝注射器推送装置连接，电纺丝注射器推送装置的喷射口与接收平板的接收面对应设置。

本发明实施例的有益效果是：通过制冷装置能够对接收平板进行制冷，使得纺丝过程中，空气中的水气冷凝形成的冰晶不断生长，冰晶作为致孔剂和支撑材料，使电纺丝纤维在垂直方向不断堆积，得到海绵状、孔洞相互连通的三维立体电纺丝材料。同时在接收平板的转动下可同时均匀接收不同方向喷头喷出的纤维，实现双组分或多组分静电纺丝，避免因同种电荷排斥而导致纤维分布不均匀。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例的电纺丝材料接收装置的结构示意图；

图2为本发明实施例的电纺丝材料接收装置去除接收平板后的结构示意图；

图3为本发明实施例的电纺丝材料接收装置去除接收平板和散热板后的结构示意图；

图4为本发明实施例的制冷装置的散热板的底面的结构示意图；

图5为传统电纺丝和本发明实施例的电纺丝材料接收装置获得的三维电纺丝的对比图；

图6为明胶、PCL双组份冷冻接收三维电纺丝材料横截面扫描电镜图。

图中：100-电纺丝材料接收装置；110-接收平板；120-驱动装置；130-制冷装置；131-换热管进出口；132-半导体制冷片；133-散热板；134-散热液槽；135-换热管；136-导电滑环；137-散热鳍；140-支架。

具体实施方式

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

参见附图1，本实施例提供了一种电纺丝材料接收装置100，其包括：接收平板110、用于驱动接收平板110转动的驱动装置120以及用于对接收平板110进行制冷的制冷装置130，驱动装置120连接于接收平板110。

接收平板110在驱动装置120的驱动下发生转动，使得其能够同时均匀接收不同方向喷头喷出的纤维，实现双组分或多组分静电纺丝，避免因同种电荷排斥而导致纤维分布不均匀。同时通过制冷装置130对接收平板110进行制冷，使得接收平板110的表面低温，进而使得在纺丝过程中通过空气中的水汽凝结形成冰晶，作为致孔剂和支撑材料，使电纺丝纤维在垂直方向堆积，最后经过冷冻干燥得到海绵状的三维立体电纺丝材料。

本实施例中，接收平板110是金属接收平板，其材质可以是铁、铜等。接收平板110具有用于接收静电纺丝的接收面，该接收面为光滑度较好的平整面，静电纺丝从喷头喷出后在该接收面上堆积成型。接收平板110为厚度较薄，例如可以是0.5～5mm，当然，其他实施例中也可以根据材料的强度以及种类进行厚度的调节，厚度较薄能够使得制冷装置130对接收平板110进行制冷时，冷量能够更好的传递，使得传热效率更高，制冷效果更好。

进一步地，接收平板110为圆形，其能够使得在驱动装置120的驱动下能够更好的转动，转动时阻力较小，进而使得在接收静电纺丝时，静电纺丝能够更加均匀地堆积。当然，其他实施例中，接收平板110也可以根据需要采用正方形，正六边形等其他几何形状，不限于本实施例。进一步地，本实施例中，接收平板110从中间位置到外边缘其厚度逐渐减少，可以增加接收平板110高速转动时的稳定性。

本实施例中的制冷装置130是能够使得接收平板110的表面温度达到零下40度的制冷设备，其能够使得空气中的水气能够更好地凝结形成冰晶，作为致孔剂和支撑材料。具体地，本实施例中，制冷装置包括半导体制冷片132，半导体制冷片132固定连接于接收平板110。半导体制冷片132通过外接电源，能够在电流的作用下产生大量的冷量，并且便于对温度的控制。

参见图2，本实施例中，半导体制冷片132的冷端连接于接收平板110的底面即接收平板110的接收面相对的另一面，半导体制冷片的冷端与接收平板110充分接触，以使得半导体制冷片132可以更好地对接收平板110进行制冷，同时又不会对其接收面进行影响。半导体制冷片132的数量可以根据接收平板110的大小以及材质等综合考虑，本实施例中，半导体制冷片132的数量为四块，四块半导体制冷片132均匀分布在接收平板110的底面，四块半导体制冷片132呈菱形布置。

半导体制冷片132在制冷的过程中同样在冷端相对的热端产生大量的热量，因此，本实施例中，上述制冷装置130还包括散热板133，散热板133连接于半导体制冷片132的热端，散热板133固定连接于驱动装置120。通过散热板133将半导体制冷片132产生的热量散发掉，使得半导体制冷片132能够持续的进行工作，并且制冷效果更好。驱动装置120驱动散热板133转动，散热板133驱动半导体制冷片132，进而半导体制冷片132带动接收平板110转动。本实施例中，散热板133也为圆形。当然，其他实施例中，驱动装置120可以同时与接收平板110和散热板133连接，进而直接驱动接收平板和散热板进行同步转动。

本实施例中，半导体制冷片132与接收平板110之间以及半导体制冷片132与散热板133之间均通过导冷硅脂粘接。进一步地，散热板上还设置有对应的卡槽用于固定半导体制冷片132的位置，通过导冷硅脂可以非常稳固地将散热板133、半导体制冷片132以及接收平板110连接在一起，实现三者的同步转动。并且通过导冷硅脂可以提高半导体制冷片132到接收平板110的导冷效率，也能够提高半导体制冷片132到散热板的传热效率。

参见附图3，制冷装置130还包括用于盛装制冷液的散热液槽134，散热板133设置于散热液槽134内。电纺丝材料接收装置100在工作状态时，在散热液槽134内盛装有制冷液，该制冷液用于对散热板散发的热量进行吸收，散热板133设置在散热液槽134内，其与盛装在散热液槽134内的制冷液进行接触，进而散热板133在转动的过程中能够充分地与制冷液发生热交换，使得散热板133的热量能够快速传递出去。本实施例中，散热液槽134为圆柱状，进而在散热板转动过程中，制冷液能够很好的在圆柱状的槽体结构中流动，以使得换热效果更好。

进一步地，参见附图4，散热板133远离半导体制冷片132的一面设置有散热鳍137，通过散热鳍137能够进一步增强散热板133的散热效果。本实施例中，散热鳍137包括多个内径大小不同的环状散热片，多个环状散热片根据内径从小到大沿散热板的中心向边缘依次设置。上述散热鳍137的设置方式，能够使得对散热板133的热量进行充分散热的过程中，散热板133在制冷液中转动时，散热鳍137能够更好地进行转动，与制冷液之间转动时，其阻力较小，平稳度更好。

再次参见附图3，散热液槽134内还设置有换热管135，换热管135设置有用于与外部液冷循环系统出口连通的进液口以及用于与外部液冷循环系统进口连通的出液口，共同组成与外部液冷循环系统连接的换热管进出口131。通过换热管135能够与制冷液进行换热，带走制冷液中的热量，使得制冷液能够持续具有良好的制冷效果，使得能够持续地吸收散热板的热量，进而使得半导体制冷片132能够持续稳定的工作。外部液冷循环系统为液冷循环机，通过液冷循环机可以保证换热管135能够持续有效地进行换热操作。

参见附图3，本实施例中，换热管135环形设置在散热液槽134内，进而使得制冷液能够与换热管具有较大的接触面积，使得换热效果达到更好。进一步地，换热管135为铜管，铜管的传热系数较高，能够满足换热需要。当然，在其他实施例中，换热管也可以采用其他形状的设置方式以及可以采用铝管或者铁管等。

进一步地，参见图3，本实施例中，驱动装置120为电机，电机的转轴通过导电滑环136与接收平板110连接，导电滑环136连接于制冷装置130。导电滑环136的转轴连接于散热板133，其带动散热板133转动，进而驱动接收平板110转动。通过导电滑环136作用于接收平板110，能使得接收平板110以及半导体制冷片132在转动过程中，使得导电滑环136上部通过电线连接半导体制冷片132，电线的另一头在导电滑环136的下部，在散热液槽134底下穿出，连接外部电源，使得接收平板110以及半导体制冷片132能够持续工作。当然，需要说明的是，在其他实施例中，驱动装置120可以是电机带动驱动结构的其他形式的结构，只有能够实现驱动接收平板110转动。

再次参加图1，图2，图3，本实施例中的电纺丝材料接收装置100还包括用于支撑机体的支架140，支架140连接于散热液槽134的底部，且支架140包括四根支撑柱，四根支撑柱在散热液槽134的下方起到四脚支撑，使得其支撑能够比较稳固。当然，在其他实施例中，支架140也可以是三脚支撑等其他支撑方式，并不以本实施例为限。

进一步地，本实施例中，电纺丝材料接收装置100还包括用于控制电机开关和转速的控制器，控制器与电机通信连接。通过控制器可以达到对电机开关和转速的控制，使得电纺丝材料接收装置100的操作更加方便，也使得其转速可调，进而根据不同的静电纺丝材料工艺可以选择适合的转速。控制器可以是用于控制电机的遥控器，其与电机上设置的控制装置通信连接。当然，其他实施例中，电机也可以是可以自身可以调整转速的步进电机等。

本实施例的电纺丝材料接收装置100的工作原理为：在电纺丝进行前，需要向散热液槽134加入制冷液，接通电源后，半导体制冷片132开始工作，正面制冷，反面发热。制冷面即冷端使接收平板110表面温度达到-40摄氏度，营造局部低温，有利于空气中的水汽凝结成冰晶，在电纺丝过程中促使静电纺丝材料三维结构的形成。半导体制冷片132的发热面即热端通过散热板133将热量传递到散热液槽134的制冷液中，换热管135连通外部液冷循环系统，持续将热量带出电纺丝材料接收装置100，起到为持续为半导体制冷片132散热的作用，维持接收平板表面保持稳定的低温。

参见图5，第一排从左到右分别是三维电纺丝的PLGA、PLA-TMC和PLLA聚(L一乳酸)(PLLA)实物图；第二排从左到右分别是传统电纺丝的PLGA、PLA-TMC和PLLA实物图。可以看出通过本实施例的电纺丝材料接收装置100能够获得区别于传统的二维结构的电纺丝材料的三维结构的静电纺丝。进一步参见图6，可以看出通过本实施例的电纺丝材料接收装置100生产的双组份的三维结构的静电纺丝的结构非常均匀。

在其他实例中还涉及一种电纺丝制造设备，其包括高压电源、电纺丝注射器推送装置和本实施例中的电纺丝材料接收装置，高压电源与电纺丝注射器推送装置连接，电纺丝注射器推送装置的喷射口与接收平板110的接收面对应设置。

综上所述，本实施例的电纺丝材料接收装置100的半导体制冷片132制冷效果好降温速度快，可以在短时间内降温直至-40度以下，成本低廉，容易操作。纺丝过程中，空气中的水气冷凝形成的冰晶不断生长，冰晶作为致孔剂和支撑材料，使电纺丝纤维在垂直方向不断堆积，最后经过冷冻干燥得到海绵状、孔洞相互连通的的三维立体电纺丝材料。半导体制冷片132的发热面发热严重，热量通过金属底盘散热鳍137传递到液池，再通过液冷系统，及时有效地带走热量，使静电纺丝接收板面持续保持低温。接收电纺丝的接收平板110高速旋转，可同时均匀接收不同方向喷头喷出的纤维，实现双组分或多组分静电纺丝，避免因同种电荷排斥而导致纤维分布不均匀。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，上面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行了清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和表示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以上对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。