不同静电纺丝膜上骨髓间充质干细胞的黏附、增殖与成血管平滑肌分化

背景:临床上迫切需要小口径人工血管来治疗冠状动脉和外周动脉疾病,目前,血管组织工程已成为制备小口径人工血管的主要方法,选择合适的生物材料和细胞来源是小口径组织工程血管构建成功的关键因素。目的:观察4种静电纺丝膜材料对骨髓间充质干细胞增殖、黏附及分化为血管平滑肌细胞的影响。方法:分离提取SD大鼠骨髓间充质干细胞。将骨髓间充质干细胞分别接种于聚己内酯(PCL)、聚己内酯-透明质酸(PCL-HA)、聚己内酯-丝素蛋白(PCL-SF)、聚己内酯-明胶(PCL-GEL)静电纺丝膜材料上,培养1,3,7 d后,扫描电镜下观察材料上的细胞排布,鬼笔环肽染色观察材料上的细胞增殖与黏附,qRT-PCR检测材料上细胞分泌的CD90、Meflin、转化生长因子βmRNA表达;向血管平滑肌细胞诱导分化7 d后,qRT-PCR检测材料上细胞ɑ-平滑肌肌动蛋白mRNA表达。结果与结论:①扫描电镜下可见骨髓间充质干细胞在4种静电纺丝膜上均沿着静电纺丝膜的纤维走向排列;②鬼笔环肽染色显示,骨髓间充质干细胞在4种静电纺丝膜上分布规律,均沿着纤维走向呈现平行分布,并且PCL-HA、PCL-SF、PCL-GEL静电纺丝膜较PCL静电纺丝膜更有利于骨髓间充质干细胞的增殖、黏附,PCL-SF静电纺丝膜相较于PCL-HA、PCL-GEL静电纺丝膜更有利于骨髓间充质干细胞的增殖、黏附;③qRT-PCR检测显示,4种静电纺丝膜材料均可维持骨髓间充质干细胞CD90和Meflin的mRNA表达,组间比较差异无显著性意义(P>0.05);PCL-HA、PCL-SF、PCL-GEL组培养1,7 d的转化生长因子βmRNA表达高于PCL组(P<0.05),PCL-SF组培养3,7 d的转化生长因子βmRNA表达高于其他3组(P<0.05),PCL-HA组培养7 d的转化生长因子βmRNA表达高于PCL-GEL组(P<0.05);④qRT-PCR检测显示,PCL-SF组ɑ-平滑肌肌动蛋白mRNA表达高于其他3组(P<0.05),PCL-HA组ɑ-平滑肌肌动蛋白mRNA表达高于PCL组(P<0.05);⑤结果表明:相较于PCL、PCL-HA、PCL-GEL静电纺丝膜,PCL-SF静电纺丝膜与骨髓间充质干细胞结合更适合制备小口径组织工程血管。

静电纺丝聚偏氟乙烯压电仿生骨膜的生物相容性评价

背景:课题组前期研究发现,静电纺丝聚偏氟乙烯仿生骨膜具有良好的细胞相容性,但其生物相容性尚不清楚。目的:评价掺Zn2+、Mg2+聚偏氟乙烯仿生骨膜的生物相容性。方法:取前期研究采用静电纺丝技术制备的聚偏氟乙烯、掺1%Zn2+聚偏氟乙烯、掺1%Mg2+聚偏氟乙烯、掺1%Zn2++1%Mg2+聚偏氟乙烯仿生骨膜,制备各组仿生骨膜浸提液,选择SD大鼠为实验对象,进行溶血实验、短期全身毒性实验、热源实验,选择豚鼠为实验对象,进行皮肤致敏实验,检测4组仿生骨膜的生物相容性。结果与结论:①溶血实验结果显示,掺1%Zn2+聚偏氟乙烯、掺1%Mg2+聚偏氟乙烯、掺1%Zn2++1%Mg2+聚偏氟乙烯仿生骨膜及聚偏氟乙烯浸提液的溶血率分别为(0.130±0.013)%,(0.149±0.020)%,(0.466±0.018)%,(0.037±0.018)%,符合生物材料血液相容性性标准;②短期全身毒性实验结果显示,4组仿生骨膜浸提液灌胃干预后未引起SD大鼠体质量减轻、摄食量变化及呼吸困难等毒性体征,对大鼠的主要脏器无毒性作用;③热源实验结果显示,掺1%Zn2+聚偏氟乙烯、掺1%Mg2+聚偏氟乙烯、掺1%Zn2++1%Mg2+聚偏氟乙烯及聚偏氟乙烯仿生骨膜浸提液干预后,SD大鼠体温升高值分别为(0.133±0.058),(0.100±0.010),(0.300±0.010),(0.300±0.017)℃,均小于0.6℃,体温升高度数总和均小于1.4℃;④皮肤致敏实验结果显示,4组仿生骨膜浸提液干预后豚鼠皮下未见红斑与水肿。结果表明:聚偏氟乙烯与掺Zn2+、Mg2+聚偏氟乙烯仿生骨膜具有良好的生物相容性。

聚己内酯-透明质酸静电纺丝膜联合间充质干细胞修复子宫内膜损伤

背景:人子宫内膜间充质干细胞能够直接修复受损的子宫内膜,促进血管生成、恢复子宫形态结构,然而将干细胞直接注入受损子宫内膜后的细胞存活率低、滞留时间短,修复效果有限。目的:观察聚己内酯-透明质酸静电纺丝膜复合人子宫内膜间充质干细胞修复大鼠子宫内膜损伤的效果。方法:①细胞实验:采用胶原酶消化法提取人子宫内膜间充质干细胞,静电纺丝技术制备聚己内酯-透明质酸静电纺丝膜。将人子宫内膜间充质干细胞分别接种于聚苯乙烯培养板与聚己内酯-透明质酸静电纺丝膜上,通过DNA定量分析、WST-1细胞活性实验、鬼笔环肽染色、扫描电镜观察细胞的增殖与黏附能力,qRT-PCR检测静电纺丝膜上细胞CD90、Meflin的mRNA表达。②动物实验:取27只处于动情期的雌性SD大鼠,通过机械搔刮法建立宫腔粘连模型后随机分为3组,每组9只:空白对照组不进行任何治疗,对照组将聚己内酯-透明质酸静电纺丝膜植入宫腔损伤部位,实验组将聚己内酯-透明质酸静电纺丝膜/人子宫内膜间充质干细胞补片植入宫腔损伤部位。术后第3,7,14天取材,采用苏木精-伊红染色观察子宫形态结构及腺体数量,qRT-PCR和免疫荧光染色观察子宫组织CD31、血管内皮生长因子的表达。结果与结论:①细胞实验:与聚苯乙烯培养板相比,聚己内酯-透明质酸静电纺丝膜可促进人子宫内膜间充质干细胞的增殖与黏附,并且聚己内酯-透明质酸静电纺丝膜支持人子宫内膜间充质干细胞基因CD90和Meflin的表达;②动物实验:苏木精-伊红染色显示,聚己内酯-透明质酸静电纺丝膜/人子宫内膜间充质干细胞补片可促进子宫内膜损伤后形态结构的恢复,术后第14天的内膜厚度与腺体数量均多于空白对照组、对照组(P<0.05);qRT-PCR和免疫荧光染色检测显示,实验组术后第7,14天的CD31、血管内皮生长因子mRNA与蛋白表达均高于空白对照组、对照组(P<0.05);③结果表明:聚己内酯-透明质酸静电纺丝膜可以提高干细胞的存活率、延长干细胞与受损组织的接触时间,二者复合移植可更好地修复受损子宫内膜组织。

多喷头纺丝装置的仿真与设计

针对静电纺丝多喷头间电场强度分布不均匀所导致的纺丝液射流运动轨迹不稳定、纺丝纤维分布较为分散等边缘效应问题,采用COMSOL Multiphysics软件,通过深入研究多喷头静电纺丝的纺丝电压、喷头间的横向间距和纵向间距对多喷头电场强度分布均匀性的影响程度,给出削弱多喷头边缘效应的喷头最优空间位置关系。结果表明:在三喷头仿真实验中,增大喷头间的横向间距,3个喷头的电场强度随着纵向间距的减小而逐渐趋于一致;当横向间距为5.0 cm、纵向间距为0.5 cm时,边缘效应能够得到有效缓解,且该间距更有利于多喷头的结构设计;五喷头、九喷头静电纺丝装置在保持横向间距为5.0 cm不变的情况下,纵向间距为0.5 cm时的电场强度分布相对于零点位置更加均匀,且九喷头的效果最好。通过实验验证,九喷头结构具有纺丝面积大、效率高和纺丝过程稳定等优点,研究结果可为纺丝装置的多喷头结构研究与设计提供借鉴。

静电纺丝的模式

针对现阶段存在的静电纺丝模式进行了归纳与分析,其中常规纺丝模式包括点-板、线-板、板-板静电纺丝;高效纺丝模式包括多喷头、无喷头静电纺丝;特殊纺丝模式包括同轴、近电场、离心静电纺丝。对各模式的纺丝特点、技术优缺点、适用性等技术进展情况进行了总结,可为静电纺丝新模式的发展提供参考。

溶液气喷纺丝技术在食品领域中的应用进展

纳米纤维材料不仅在医药、能源和电子等领域得到广泛应用,近年来还在食品相关领域展现出巨大的潜力。在众多的纳米纤维材料制备方法中,溶液喷射纺丝技术以其安全性、低成本和高生产速率等优势逐渐崭露头角,成为研究的焦点。本文深入探讨溶液喷射纺丝技术的工作原理和分类,以及对纤维结构产生显著影响的纺丝工艺参数的选择。重点总结了溶液喷射纺丝在食品包装、缓释系统、过滤材料和酶固定化等多个食品相关领域的研究进展和应用优势,旨在为溶液喷射纺丝技术的优化、拓展应用领域和商业化提供参考。

熔融纺丝技术的发展趋势

熔融纺丝属技术上简单、合理、污染少的合成纤维生产方法,其技术发展十分迅速,从最初的炉栅熔融发展到螺杆挤压熔融,从间接纺丝发展到直接纺丝,纺丝速度亦从最初300m/min的基础上提高了十几倍甚至二十几倍。90年代,熔融纺丝技术仍将作为合成纤维主要生产方法而获得较快发展。其中主要的开发方向为:

静电纺丝法制备纳米或亚微米纤维的研究进展

静电纺丝法是一种制造纳米或亚微米纤维的技术，综述了静电纺丝工艺的进展以及这种纺丝方法纺制纳米或亚微米纤维的形成机理和工艺过程，结合静电纺丝法的最新进展列举了一些纳米或亚微米纤维的研究成果。展望了静电纺丝技术的应用前景。

激光熔体静电纺丝研究进展

简述了静电纺丝法的发展历程及研究概况,比较了溶液静电纺丝法和熔体静电纺丝法的优缺点;详细介绍了激光熔体静电纺丝法的优势,总结了目前激光熔体静电纺丝法制备聚合物及复合物微纳米纤维的工艺条件如激光输出功率、应用电压以及聚合物的物理性质等对纤维直径的影响;简要介绍了线激光熔体静电纺丝装置;指出目前激光熔体静电纺丝法制得的多为单一聚合物纤维,开发功能复合纳米纤维及采用线激光熔体静电纺丝技术提高产量是其未来的发展趋势。

气流辅助的静电纺丝技术研究进展

近年来,通过引入外部气流来增强静电纺使纳米纤维生产能力取得了显著进展,气流辅助不仅提高了静电纺丝效率,还改善了纤维的取向、堆积密度甚至形貌,已逐渐发展成为一种先进的纳米纤维制造方法。不同的气流施加方式,对静电纺丝过程具有不同的效果,结合不同的静电纺丝模式,使其展示独特优势,从而极大地丰富了静电纺丝技术。综述了气流辅助静电纺丝技术的研究进展,包括其基本原理、发展历程,讨论了具有代表性的气流辅助静电纺丝装置,如气流辅助的针型静电纺丝、气流辅助的无针静电纺丝、离心静电纺丝主要参数和理论模拟。对气流辅助静电纺丝技术存在的问题以及未来研究发展进行了展望。

可染聚丙烯纤维高速纺丝研究

以苯乙烯辅助马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-(MAH-co-St))为相容剂与聚丙烯(PP)、尼龙6(PA6)、改性共聚酯(HCDP)按一定配比共混纺丝,实验表明该共混体系具有良好的相容性.改性聚丙烯纤维的染色性能得到明显改善,可以被分散染料染成深色,并且其抗静电性能明显提高.通过流变性能测试,拟定了主要纺丝工艺,并分析了纺丝温度、纺丝速度、纤维纤度等参数对纤维结构和性能的影响.实现了在高速纺丝条件下制备可染聚丙烯纤维,为工业化生产可染聚丙烯纤维作出了有益的探索.

熔体静电纺丝直写技术在组织工程中的应用

背景:计算机辅助设计下,熔体静电纺丝直写技术可以精确构建具有特定形貌的3D组织工程支架,在组织工程领域已经引起越来越多的关注。目的:阐述熔体静电纺丝直写技术近年来在组织工程中的应用进展。方法:利用PubMed、中国知网数据库检索有关熔体静电纺丝直写技术应用于组织工程的文献,检索时间范围为2008年3月至2023年2月,以“melt electrowriting,melt electrospinning,electrospinning,tissue engineering,scaffold,regeneration”为英文检索词,“熔体直写,静电纺丝,组织工程”为中文检索词,通过阅读文题和摘要对文章进行初步筛选,最终纳入69篇文献进行综述。结果与结论:①相较于传统的静电纺丝技术,熔体静电纺丝直写技术可以实现纤维的逐层精确沉积,更好地模拟天然组织的复杂结构;相比于其他3D打印技术,熔体静电纺丝直写技术可以制备更小直径的纤维,形成高度有序的多孔结构;②通过与其他支架制备技术或材料相结合,如熔融沉积建模、溶液静电纺丝技术、水凝胶等,熔体静电纺丝直写技术在制备复杂组织工程支架方面表现出巨大的潜力,为实现复杂组织的再生提供了一定可能;③复杂组织再生往往同时涉及血管、神经和软硬组织,血管和神经再生对于实现组织的生理性重建具有重要意义,软硬组织因其不同的生物、力学性能,实现二者的协调再生具有一定的困难,熔体静电纺丝直写技术可制备多尺寸、高孔隙率、良好生物相容性的支架,在仿生支架构建领域具有一定的优势。

用静电纺丝技术制备纳米片取向结构复合电介质材料

金属化薄膜电容器因其具有超高功率密度而在新能源行业领域受到广泛关注。为了提升薄膜电容器的储能密度,将高绝缘氮化硼纳米片(BNNS)引入到聚偏氟乙烯(PVDF)基聚合物中以制备电容器用高储能复合电介质材料,并利用静电纺丝技术实现BNNS均匀取向的分布。结果表明,均匀取向分布的高绝缘纳米片可以抑制载流子迁移并提升复合材料的击穿场强。结合相场模拟分析可知,均匀取向分布的BNNS结构能调控外电场分布且更有效地阻滞复合材料被击穿,最终在396 MV/m的电场强度下实现高达10.5 J/cm^(3)的储能密度。

一种基于高压静电纺丝工艺制备的P(VDF-TrFE)/PZT压电传感器及其在睡眠监测中的应用

针对日常睡眠监测的需求,提出一种基于高压静电纺丝工艺制备的P(VDF-TrFE)/锆钛酸铅(PZT)压电传感器并对其性能进行了研究。首先,介绍了P(VDF-TrFE)/PZT压电传感器的制作及封装流程。其次对其灵敏度,频率响应特性,瞬时响应和稳定性等进行了测试。结果表明,该传感器不仅具有良好的微观外貌形态,且相比于纯P(VDF-TrFE)压电传感器0.73 V/N的灵敏度,制备的含30%PZT的P(VDF-TrFE)/PZT压电传感器灵敏度是纯P(VDF-TrFE)压电传感器的2.5倍,达到了1.78 V/N。此外在低频下能够保持稳定压电输出且具备2 ms较快的响应时间。最后采用自制的P(VDF-TrFE)/PZT压电传感器测量人体心冲击信号,并通过支持向量机(SVM)训练睡眠分期模型实现了对睡眠质量的监测,四分类模型平均准确率达到72.5%,为可穿戴睡眠监测传感器的选择提供了参考。

静电纺丝技术制备ETPE基多元含能复合纤维

为了探索ETPE基多元含能复合纤维的静电纺丝制备工艺,以聚叠氮缩水甘油醚基热塑性弹性体(GAP-ETPE)为聚合物黏合剂,CL-20、纳米铝粉(n-Al)作为高能组分,采用静电纺丝技术制备了GAP-ETPE基超细含能复合纤维,并对溶剂、前驱液质量分数、固相组分配比等关键工艺参数进行了优化;采用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对产物形貌进行了表征,采用DSC法分析了复合纤维的热分解性能;测试了复合纤维的机械感度。结果表明,GAP-ETPE基含能复合纤维静电纺丝制备最佳溶剂为丙酮,产物成丝均匀、表面光滑;在GAP-ETPE/CL-20质量比为3∶7、前驱液质量分数为50%时,二元超细含能复合纤维(CL_(x)-ETPE_(y)-Z)的成丝效果最优,平均直径约为2480nm;在铝粉质量分数为10%、前驱液质量分数为50%时,三元超细含能复合纤维(CL-Al_(m)-ETPE-Z)的成丝效果最优,平均直径约为930nm;相比于CL-20,CL_(7)-ETPE_(3)-50含能复合纤维热分解峰值温度提前了29℃,加入n-Al之后热分解峰值温度提前了32℃,且优于物理共混物(PM);与CL-20的感度(P=100%、H_(50)=17cm)相比,GAP-ETPE/CL-20和GAP-ETPE/CL-20/Al含能复合纤维的摩擦感度(32%和48%)和撞击感度(29cm和43cm)均大幅降低,且低于同配方的物理共混物。

硅酮粉改性超高分子量聚乙烯及其熔体纺丝加工性能

针对超高分子量聚乙烯(PE-UHMW)熔体加工性能差的问题,应用硅酮粉,采用熔融共混方法对PE-UHMW进行改性,以提高其熔体加工时的流动性。通过扫描电子显微镜与能量色散谱(EDS)表征了硅酮粉在PE-UHMW中的分布,并采用熔体速率测试、旋转流变测试,分析了硅酮粉含量对PE-UHMW熔体流动速率与流变性能的影响。对改性后的PE-UHMW采用熔体纺丝法制备了PE-UHMW单丝,并进行了拉伸强度测试。实验结果表明,随着硅酮粉的增加,其分散性逐渐变差,PE-UHMW熔体流动速率随硅酮粉含量先增加后降低,当硅酮粉质量分数达到4%,其熔体流动速率最高,复数黏度与储能模量最低,5%质量分数的硅酮粉在PE-UHMW基体中团聚较明显,改性后的PE-UHMW熔体流动性降低。熔体纺丝实验结果表明改性后的PE-UHMW可以通过普通单螺杆挤出机熔融挤出初生丝,经超倍热拉伸可以制备高强度单丝。当拉伸倍率为36时,质量分数3%的硅酮粉改性PE-UHMW单丝拉伸强度最高,可达1565MPa。因此综合考虑加工性能与单丝强度,采用质量分数3%的硅酮粉改性PE-UHMW较合适。

PDMS/PVDF静电纺丝膜的制备及油水分离性能研究

利用静电纺丝技术制备具有特殊浸润性表面用于油水分离研究。对比聚偏氟乙烯(PVDF)与聚二甲基硅氧烷(PDMS)不同配比下静电纺丝的成膜效果,并进行性能表征。研究表明,适量的PVDF可以对PDMS起到助纺与增塑的效果,且微球的存在使膜层表现出更好的疏水性。此外,膜层具有的对水高黏附性是受到毛细吸附与静电作用双重影响。当PVDF与PDMS的配比为2∶1时,膜层显示出对油包水乳液良好的选择透过性,水接触角可达150°,油接触角几乎为0°,油水分离率在98%以上,是油水分离材料良好的候选物。

纺丝液配制对PI/TiO_(2)活性碳纳米纤维膜吸附性能的影响

以均苯四甲酸酐(PMDA)、4,4′-二氨基二苯醚(ODA)及纳米TiO_(2)为原料,采用静电纺丝及热酰亚胺化的方法制备聚酰亚胺/二氧化钛(PI/TiO_(2))复合纳米纤维膜,在高温下对PI/TiO_(2)复合纳米纤维膜进行活化处理,通过正交试验研究了PMDA与ODA摩尔比、纳米TiO_(2)含量及纺丝液含量对PI/TiO_(2)活性碳纳米纤维膜吸附性能的影响。结果表明:PMDA与ODA摩尔比为1.03∶1、TiO_(2)质量分数为3%、纺丝液质量分数为22%时,活性碳纳米纤维薄膜的吸附性能最佳。

OBE理念融入前沿无机化学实验教学——基于静电纺丝制备UiO-66-PAN纳米纤维

本文以前沿无机化学实验—基于静电纺丝技术制备UiO-66-PAN纳米纤维为例,探讨了OBE理念在前沿无机化学实验教学中的应用。文章强调了明确学习目标的重要性,并介绍了静电纺丝技术的原理和特点。在制备UiO-66-PAN纳米纤维的过程中,需要调整静电纺丝参数以控制纤维形态和直径。最后,文章指出融入OBE理念可以帮助学生理解原理、掌握技能,并培养解决问题的能力。通过这一案例分析,本文为前沿无机化学实验教学提供了有益的借鉴和启示。

花瓣状多尖端静电纺丝喷头的电场模拟及优化

针对目前多针头静电纺丝易堵塞、针头之间存在边缘效应和无针头静电纺丝供液易挥发、泰勒锥位置不可控等问题,提出一种花瓣状多尖端喷头静电纺丝方法。喷头为半封闭式结构,上半部分为圆柱直管多流道结构,下半部分为花瓣状流道扩张结构,每层的花瓣之间的间距为4 mm,能够在花瓣尖端高电场诱导作用下激发多股射流;利用COMSOL有限元分析软件对下半部分花瓣状流道扩张结构的各个参数电场强度进行模拟,研究喷头下端花瓣数量、花瓣长度和花瓣排布方式对电场均匀性的影响。结果表明:当静电纺丝喷头花瓣数量为4对(8个)、花瓣内层长度为21 mm、外层长度为20 mm、接收距离为200 mm、电压为30 kV时,电场强度平均值为5.441×10^(6) V/m,变异系数(CV)值为5.58%,表明该静电纺丝喷头可激发较高的电场强度且分布均匀;最后采用静电纺丝设备进行纺丝实验,验证了该新型花瓣状多尖端静电纺丝喷头在静电纺丝过程中能够降低边缘效应,减小能耗,射流多且稳定可控,可进行规模化静电纺丝。