全纤维电容式传感器的结构设计及其性能

由于受柔性电容式传感器介电层弹性模量的限制,目前电容器的性能如灵敏度等难以达到应用要求,为提高传感器的传感性能,以聚吡咯复合蚕丝织物作为织物电极,羊毛纤维集合体作为介电层构建全纤维的电容式压力传感器,对电极的织物结构和纤维集合体高度进行优化分析;对传感器的电学及传感性能进行测试,并进行了应用探索。结果表明:面密度为69 g/m^(2)素绉缎聚吡咯复合织物方阻最小,为42Ω/□;纤维电容器以素绉缎聚吡咯复合织物作为电极,羊毛纤维集合体为介电层,且高度为1.4 cm时传感性能最优,在频率为10 kHz、电容最高为66 pF、压力为0~5 N范围内灵敏度最高为1.08 N^(-1)。该电容式传感器具有良好的稳定性,有望应用于肢体运动监测与公共场合安全监测中。

基于三维显微镜成像的墨西哥红酸枝内部纤维分布及结构形态表征

为研究设计出轻质、高强的纤维增强仿木复合材料,借助X射线三维显微镜分析墨西哥红酸枝(MRAB)孔隙结构的形态与分布,测量了孔隙结构的尺寸和面积,并根据孔隙面积计算孔隙率;借助扫描电子显微镜观察木纤维的结构形态,并利用X射线粉末衍射仪测量出微纤丝角来表征木纤维的取向度。研究结果表明:MRAB内部孔隙主要分布在导管、木射线、轴向薄壁组织和微孔等结构中,在横切面上孔隙主要呈线状和类圆形,在径切面上主要呈线状和纺锤状,在弦切面上主要呈类圆形和纺锤状;MRAB内部的孔隙率为31.27%,孔隙率由髓心到树皮逐渐变大,木纤维沿轴向紧密平行排列,微纤丝角为3.27°;可将MRAB微观结构作为仿生依据,通过控制织物种类、树脂、产生孔隙的方法和铺层方向等因素来实现全新高性能仿木纤维增强复合材料的结构设计。

蚕丝基小口径人工血管研究进展

心血管疾病居全球死亡率首位,其中冠状动脉和周边堵塞性血管疾病威胁巨大。为了降低该疾病对人类生命的严重威胁,小口径人工血管移植术(搭桥)是较为普遍的治疗手段,但目前常用的制备方法和材料存在长期通畅率低、易形成血栓和难以在体内促进血管内皮化等问题。桑蚕丝因具备良好的力学性能、生物相容性及可控的生物降解性而被广泛用于小口径人工血管。本文综述了蚕丝基小口径人工血管在动物体内的应用,总结了以蚕丝基为材料制备小口径血管的优势,分析了存在的缺陷和改进方向,以期为蚕丝基小口径人工血管的研究发展提供参考。

纳米纤维基智能创伤敷料的研究进展

针对当前创面修复的高需求和现代商业敷料发展不充分之间的矛盾,通过敷料的实时监测、感染预警和按需给药功能来减轻患者痛苦、加速创面愈合成为亟待解决的问题。基于纳米纤维的特性及其在创伤修复中起到的关键作用,围绕纳米纤维基智能创伤敷料的制备及响应体系,阐述了纳米纤维基智能创伤敷料的制备方法、创面微环境标志物监测体系以及敷料自响应药物缓释体系等多个领域的研究进展。最后,从理想敷料的特性、生物相容性、多功能监测和远程医疗等方面,探讨了未来纳米纤维基智能创伤敷料面临的挑战和发展趋势。

一种多功能编织缝合线5-Fu@CHA-TA/PLA的制备和性能研究

为最大限度减少损伤皮肤组织炎症、抑制瘢痕、促进伤口生理性愈合,多功能缝合线是目前临床研究重点。合成单宁酸(TA)增强的酰化透明质酸(CHA),用于负载五氟尿嘧啶(5-Fu)制备功能化缝合线用水凝胶涂层5-Fu@CHA-TA。通过浸涂-紫外光照联用法将7股聚乳酸(PLA)复合纱线为基材编织的缝合线浸渍到5-Fu@CHA-TA水凝胶中,最终制备5-Fu@CHA-TA/PLA多功能缝合线。扫描电镜观察结果显示5-Fu@CHA-TA水凝胶能够均匀涂层到PLA缝合线单丝表面;抗氧化试验、溶血试验及抗菌试验的结果显示,功能化改性的缝合线具有安全稳定的抗氧化性、血液相容性和显著的抗菌效果。缝合线摩擦力试验结果显示制备5-Fu@CHA-TA/PLA多功能缝合线摩擦力明显小于PLA编织缝合线,这有助于减轻受伤组织的摩擦与拖拽。涂层稳定性的测试结果显示,在多次缝合后编织缝隙处依旧存在水凝胶,这一现象确保了缝合线一旦被植入体内,便能够有效发挥其预期的作用。体外细胞相容性测试结果显示,功能化改性的缝合线具有良好的细胞相容性,且释放的5-Fu对成纤维细胞抑制率达65.48%,具有显著抑制组织增生的潜力。研究结果可为功能性缝合线的开发提供新思路。

力学增强且降解延缓的编织型丝素纤维人工韧带材料研究

针对人工韧带产品在临床应用中存在的问题,如不可降解、应力遮挡、中远期疲劳松弛、慢性炎症等,研究力学性能优良的可降解人工韧带材料是新的发展方向。以丝素纤维为原材料,设计并制备了一种“壳芯”结构的人工韧带原型材料(artificial ligament, AL),并以负载纳米羟基磷灰石(hydroxyapatite, Hap)的聚氨酯(polyurethane, PU)溶液对AL进行涂层得到人工韧带材料(coated artificial ligament, CAL),并对CAL的形态结构、显微结构、力学性能、降解性能、细胞和组织相容性等进行了系统表征。研究结果表明:“壳芯”结构的CAL结构规整、表面平整、孔隙均匀。相较于AL,CAL的力学性能得到了显著提高(P<0.05),且体外降解速率明显延缓。此外,CAL的细胞及组织相容性良好,炎症反应低。该项研究可为开发新型高强可降解人工韧带产品提供理论依据及实践参考。

内芯外鞘神经导管的制备及表征

神经导管在临床应用中存在单一材料力学性能不足、单一空管与神经结构不匹配、合成材料生物相容性差等问题,研发力学性能优良且具有仿生结构的神经导管成为新的发展方向。以水性聚氨酯(WPU)和丝素蛋白(SF)为原料,利用湿法纺丝和定向冷冻工艺构筑具有“内芯外鞘”结构的人工神经导管(A-NGC),并对其力学性能、微观结构、亲疏水性、细胞相容性等进行系统表征。结果表明:A-NGC具有明显的“芯鞘”结构,“外鞘”拉伸强度和韧性分别为(46.5±5.01)MPa和(116.4±13.69)MJ/m3,“内芯”以取向多孔片状结构规整排列,内外呈现差异化亲疏水界面(p<0.001),细胞相容性优异。大鼠步态分析结果证明A-NGC组的坐骨神经功能指数接近自体神经移植。研究可为开发新型仿生结构人工神经导管产品提供理论依据以及实践参考。

负载聚集诱导发光光敏剂纳米纤维膜的制备及其抗菌性能

为解决光动力抗菌纤维活性氧(ROS)产率低、光敏剂易泄露等问题,以聚集诱导发光(AIE)分子(TPE-TCF)为光敏剂,与聚丙烯腈(PAN)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)共混,通过静电纺丝制备TPE-TCF@PAN/PVP纳米纤维膜,表征其化学结构、微观形貌和表面亲水性,并探究其ROS产率和抗菌效果。结果表明:TPE-TCF@PAN/PVP膜(TPE-TCF质量分数为0.4%)具有高亲水性、优异的光敏剂负载稳定性和高ROS产率,超低功率白光照射20 min后,可实现对金黄色葡萄球菌(抑菌率大于96.2%)和大肠杆菌(抑菌率大于99.9%)的高效灭菌。该研究结果可为高效广谱抗菌的医用防护材料的制备和应用提供参考。

血管支架预制件的六角形三维虚拟编织

为解决六角形三维编织血管支架的编织工艺复杂、开发周期长的问题,提出了基于MatLab编程的支架三维虚拟编织方法,以快速完成编织工艺开发。首先,基于六角形编织机底盘的结构特点,对底盘单元进行坐标数值化,从而可将支架编织的工艺和工序转换为不同时刻下携纱器在底盘上的XY平面坐标和运动信息以及纱线在芯棒上的高度坐标z值,并应用数值计算方法进行连接和拟合,建立纱线空间轨迹的数学模型,得到虚拟支架的三维基本形态。然后,将编织支架的三维形态展开为二维形态,分析二维平铺形态下单向支架沿螺旋方向缠绕的特点,应用线性方程组求解纱线的交织点坐标,并通过层内和层间的纱线交织关系判断得到各交织点的交织类型。最后,通过方程修正得到具有六角形编织特征的纱线波动方程,进一步建立了具有纱线立体交织特征的虚拟支架实体化数学模型。经不同编织工艺的支架虚拟仿真实验,将虚拟支架与其实物进行比较发现,虚拟支架均能准确直观地表达实物的几何特征和交织特征。由此验证了虚拟仿真建模的正确性,有利于六角形三维编织工艺的快速开发。

丝素蛋白基骨修复材料的应用研究进展

为拓展和促进丝素蛋白材料在骨再生领域中的应用,综述了近年来丝素蛋白骨修复材料的研究进展,简要概括了丝素蛋白骨修复材料的种类和制备方法,重点阐述了丝素蛋白骨修复材料的仿生设计以及力学性能和成骨性能的调控方法。分析发现:丝素蛋白基薄膜、水凝胶和多孔支架均能诱导骨再生;调控分子量、β-折叠结构或形成定向通道可有效提高材料的力学性能;与羟基磷灰石复合不仅能提高力学性能还可促进成骨分化;同时,负载细胞或生长因子可显著增加新生骨的体积,进而修复大尺寸骨缺损。最后,总结使用丝素蛋白修复骨缺损存在的问题,并指出丝素蛋白支架的仿生设计以及保持生长因子或种子细胞的活性仍是未来研究中考虑的重点。

基于投入产出模型的中国纺织服装业波及效果分析

为了探究中国纺织服装业的发展现况及其波及效果,采用国家统计局最新公开的中国2012、2015、2017、2018、2020年5年的投入产出表,通过投入产出模型进行实证分析。研究结果显示:中国纺织服装业具有生产原材料的性质,属于高中间投入率、低附加值产业、中间产品型产业部门,且对其他产业部门的影响力较大,对国民经济的拉动作用较为明显;纺织服装业产业部门发生变化时,对与其关联较密切的产业部门的拉动效应较高,但是其他部门变化对中国纺织服装业的促进作用比较小。对此,建议中国纺织服装业抓住机遇进行产业升级,增强产业关联,提高产品附加值,打造属于自己的品牌,促进产业发展。

抗菌纺织品的概念辨析和研究开发方向

国内外抗菌纺织材料标准及相关文献中,所述“抗菌”概念在对菌的处置力度上采用从“杀灭”到“抑制”的宽泛描述、抑菌率测试所选菌种缺乏对纺织品使用场景和人体易发皮肤病的针对性;多数标准仅考核对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、白色念珠菌的抑菌率。针对这些问题,文章通过分析自然环境、作业环境和人体的微生物状态,提出抗菌纺织品应成为阻隔致病微生物对人体(特别是皮肤)传播的围护结构,在“环境-纺织品-人体”这一系统中,纺织品对外应该减少环境中各种病原体二次传染的可能性,对内应该有针对性地适度杀灭影响皮肤健康的致病菌。在测试方面,应选择易引发疾病、特别是引发浅表皮肤病的致病菌作为纺织品抗菌性能检测的试验菌种,并兼顾对致臭菌的测试评价,且实现抗菌性能测试的快速化和可视化。

基于仿生学的纺织全产业链设计与应用

仿生学是对在大自然中发现的生物方法、系统和良好设计的提取和应用,仿生学或仿生方法被认为是最有前途的领域之一。生物仿生可以用于纺织产业链的所有环节,从纤维、织造、染整到服装设计,仿生学在纺织领域全面开花。仿生创新是系统研究的产物,到目前为止,商业化的仿生纺织技术还不多;从纤维仿生、面料仿生、色彩仿生、设计仿生和低能耗生产5个方面介绍近年来的成果,分析各方面不足,并对未来进行展望。可以看出,纺织仿生领域前期的研究重点在通过组织结构设计仿生实现面料功能性,随着微纳米尺度科技和可穿戴技术的发展,更多研究集中在材料仿生领域以及仿生学和智能纺织品的结合。在可预见的未来,服装将真正成为人类的第二皮肤。

柞蚕丝素纳米纤维温敏复合膜制备及其生物相容性

为探究柞蚕丝素蛋白温敏纳米纤维的水溶液静电纺丝工艺及其生物相容性,以烯丙基缩水甘油醚改性柞蚕丝素蛋白(ASF-AGE)为基材、N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)为单体,通过原位溶液聚合和静电纺丝技术制备p(ASF-AGE-PNIPAAm)温敏纳米纤维膜,探究单体质量配比对纳米纤维膜形成的影响,分析纳米纤维膜的温度响应性、亲疏水性、体外降解及细胞相容情况。结果表明:ASF-AGE与NIPAAm以1∶1.5质量比进行聚合并经静电纺丝成功制备均匀连续的纳米纤维膜,平均直径为(452±120)nm;纳米纤维膜在32.7~33.4℃具有明显的温度响应性,在45℃具有显著的疏水性;纳米纤维膜在蛋白酶XIV中更易发生降解,降解28 d质量损失率可达39.6%;纳米纤维膜与小鼠脑微血管内皮细胞b End.3共培养未表现出细胞毒性,经5 d和7 d培养展现出良好的细胞相容性,有利于b End.3细胞增殖黏附。

用于乳腺肿瘤细胞三维培养的纤维-水凝胶复合支架的制备及表征

从力学性能和组成成分两方面还原乳腺肿瘤细胞的生长环境,开发了一种负载富血小板血浆的纤维-水凝胶复合结构支架。通过检测支架的元素组成和化学结构,确认支架中各组分的成功负载,并利用扫描电镜、溶胀测试和水接触角测试表征了支架的表面形貌和理化性能。研究表明:复合支架具有适用于物质传输的孔隙和利于细胞黏附的表面性能;加入纤维显著提高了水凝胶的力学性能,且复合支架具有与乳腺肿瘤组织接近的弹性模量((4.79±0.45)kPa);与二维(2D)培养和无纤维的水凝胶支架相比,复合支架上培养的乳腺肿瘤细胞增殖能力提高了33.1%,显示出细胞聚集成球的特性,并对化疗药物显示出更低的敏感性。复合支架有助于肿瘤学体外研究和预测抗肿瘤药物疗效。

具有力学与结构稳定性多组分纤维肌腱防粘连膜制备及性能

目的引入疏水聚己内酯(PCL),改善壳聚糖(CS)/聚乙烯醇(PVA)混纺膜的性能,研究制备性能优良的肌腱防粘连材料的可行性。方法实验以具有低蛋白吸附性的PVA、成纤维细胞增殖抑制作用的CS和疏水性聚合物PCL为原料,通过共轭静电纺丝技术制备不同组分(CS∶PCL∶PVA=3∶5∶2、3∶4∶3、3∶3∶4、3∶2∶5)的纤维膜(CS/PCL/PVA膜,简称CPA膜)。采用傅里叶红外光谱仪分析CPA膜组成,扫描电子显微镜、万能实验仪及模拟体液预处理的方式探究了PVA和PCL含量对形貌、力学、结构稳定性的影响,进一步使用热重分析仪及细胞实验分析CPA膜热性能、细胞毒性和黏附性。结果CPA膜红外谱图中同时出现CS、PCL及PVA特征峰,且未产生新的基团或化学键。根据体液稳定性与微观形貌测试结果可知,PCL的引入一方面降低了CPA膜的纤维平均直径;与CS/PVA膜相比,CPA膜(CS∶PCL∶PVA=3∶5∶2)的断裂强度和伸长率分别提高了约60%和40%,弹性模量相当且与文献数据一致。另一方面改善CPA膜湿环境下力学性能失效和卷曲皱缩的问题。热重分析结果显示多组分纤维膜分解温度在250℃~600℃,而实际应用环境温度显著低于热分解温度,具有热稳定性,即防粘连膜不会因温度而导致结构性能的损失。细胞实验结果显示,CPA膜(CS∶PCL∶PVA=3∶5∶2)具有良好的细胞相容性及一定的体外抗细胞黏附性。第3天CA和CPA纤维膜的细胞存活率分别为(96.533±0.341)%、(101.877±11.001)%(P>0.05)。培养7 d后,CPA光密度值为0.223±0.002,显著低于CA(0.292±0.007)。结论CPA膜具有增强的力学强度与湿态稳定性,更适应肌腱部位的受力环境。表现出更优异的抗细胞黏附效果,CS∶PCL∶PVA的质量比为3∶5∶2为最优参数的防粘连膜材料。具有肌腱术后防粘连领域的应用潜力。

含银功能纤维及织物应用进展

简要介绍了纤维表面镀银、母粒纺丝、静电纺丝以及浸渍法等制备方法的基本原理、加工工艺特点以及对纤维及织物功能性作用的优劣等;围绕抗菌性、导电性和电磁屏蔽性等应用场景,综述了含银纤维及织物的国内外的制备及应用进展,详细分析了含银纤维及织物的最新制备机理、作用机制及其在抗菌性、导电性和电磁屏蔽性等方面的构效关系;最后,展望了含银纤维及织物在生物医用、可穿戴电子设备、通信、军工等领域的潜在应用价值。

BSL-2生物安全实验室风险评估及防控措施

病原微生物风险评估是生物安全实验室采取风险控制措施、建立安全管理体系和制定安全操作规程的重要依据。随着国家对于生物安全管理的要求越来越高,而风险评估工作又具有很高的专业性,业内相关研究较少。文中从风险评估的角度出发,了解行业内生物安全风险评估现状,以BSL-2生物安全实验室活动内容为视角,对生物因子、工作内容、设施设备、感染性材料、人员、防护等风险因素进行评估,并提出相应的管理防控措施,以供业内其他BSL-2生物安全实验室管理参考。

抗菌防沾污生物防护材料的制备及其性能

为保护医护人员生命健康安全,研制了一种兼具抗菌和阻隔功能的可重复使用生物防护材料。首先以纳米银(AgNPs)为抗菌剂,热塑性聚氨酯(TPU)为基体,通过静电纺丝技术制备载银TPU纳米纤维膜;然后以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为疏水整理剂,涤纶织物为基材,通过等离子体刻蚀—浸轧PDMS—焙烘工艺制备防沾污织物;最后将制备的载银TPU纳米纤维膜与防沾污织物进行点胶复合制备生物防护材料。测试了生物防护材料的抗湿性能、透湿性能、防水性能及过滤性能等。结果表明:经过50次标准洗涤后,防沾污织物的水接触角达到143.1°;纳米银负载量为300 mg/kg的生物防护材料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率均达到99.99%,且沾湿等级达到5级,水蒸气透过量为2654.8 g/(m^(2)·24 h),断裂强力为450 N左右,静水压为53.6 kPa,过滤效率达到99%以上。

腹腔镜术后防粘连用CS/PCL共混纤维膜的制备与表征

为开发一款生物安全性高、力学性能优异且防粘连作用佳的腹腔镜术后防粘连膜,利用静电纺丝技术,将壳聚糖(CS)和聚己内酯(PCL)按不同质量比共混纺丝,对所得共混纤维膜的表观形貌、力学性能、浸润性及防细胞黏附性进行测试与分析。结果表明:随着CS质量分数的增大,共混纤维膜的可纺性大幅下降,并且CS质量分数超过40%时纤维均匀性变差,纤维膜的结晶度先增大后减小,拉伸强度、弹性模量、弯曲刚度增大,断裂伸长率减小;相比纯PCL纤维膜,CS/PCL共混纤维膜的浸润性得到明显改善,对成纤维细胞的黏附能力减弱,防粘连性能优异。综合考量材料成本、可纺性、力学性能及防粘连效果,认为CS质量分数为30%的共混纤维膜在腹腔镜术后防粘连领域的潜在应用价值最大。