基于取向纤维基底和图案化双相金属层的高灵敏应变传感器

为了提高液态金属基应变传感器的灵敏度,研究了一种高灵敏度、可拉伸的应变传感器,该传感器由取向的静电纺热塑性聚氨酯纤维基底和图案化双相金属传感层构成。以液态金属Galinstan为“岛”,固体金属银为“海”,构建了图案化双相金属传感层。银“海”可阻止连续的液态金属导电路径的形成,基于银导电区域的裂纹扩展机制,传感器的灵敏度显著提高。此外,纤维取向(水平或垂直)削弱了在受力时纤维的重新排列,增强了传感层的变形。结果表明,对于单一液态金属层或Ag层组成的传感器,基底纤维垂直取向与随机排列比较,灵敏度分别提高1.09倍和33.19倍。最终制成的基于垂直取向纤维基底和图案化双相金属层的应变传感器具有超高的灵敏度(灵敏度系数高达952.20)和宽传感范围(高达59.33%)。这种设计有望在可穿戴设备中显示良好的应用潜力。

无针喷头熔体静电纺丝制备取向纤维

采用无针喷头熔体静电纺丝装置制备取向纤维,以ANSYS电场模拟为指导,探究了纺丝距离、辊筒转速及电场强度等工艺条件对纤维结构的影响。当纺丝距离为20mm时,其电场强度相对最大,但其纤维直径却较50mm,80mm粗。确定出本实验熔体电纺制备PP取向纤维的最佳距离为50~100mm,并明确了接收辊筒转速对纤维取向度及纤维直径有显著的改善作用。通过扫描电镜、X射线衍射、差示扫描量热仪及拉伸试验对熔体电纺纤维进行性能表征,取向纤维膜孔径比随机纤维小得多,有利于提高过滤效率及制备超疏水纤维,热压后纤维结晶性变好,且致密性及力学性能均有所提高。

蚕丝蛋白/PCL共混取向纤维的力学性质与细胞响应

蚕丝蛋白因其良好的机械强度、生物相容性和耐灭菌性,是目前骨修复领域不可多得的天然蛋白支架材料。为提高蚕丝蛋白支架对细胞定向移动的引导能力和力学强度,采用静电纺丝方式制备较高取向度的PCL/蚕丝蛋白共混纤维支架,并与非取向型对比。通过扫描电镜图像分析技术表征静电纺丝纤维表面的取向度,并比较不同纤维排列结构下的力学性质。间充质干细胞在骨修复中应用广泛。人源骨髓间充质干细胞来自健康献髓者,在体外培养条件下,测试不同结构材料对间充质干细胞增殖的影响,并使用活细胞工作站实时追踪细胞在不同材料表面的运动功能。结果表明,在取向静电纺丝纤维支架中,91%的纤维分布于"10°范围以内,且该支架具有力学的各向异性,具有较大的轴向拉伸模量。在间充质干细胞增殖96 min后,中取向静电纺丝纤维支架组的细胞数量产生显著差异。在取向纤维材料表面生长的间充质干细胞展现出最小的细胞分布夹角,仅为6.57°±4.45°,同时,取向纤维表面的细胞长度有显著提高(236.46±82.00)μm。在进一步的实时细胞追踪中,在细胞的主要移动方向上,取向纤维表面的细胞分解移动速度达6.66μm/h,远远高于其他表面。因而,取向静电纺丝纤维支架可能在体内应用中支持成体干细胞增殖,并加快早期细胞定向迁移。

熔体微分静电纺丝法制备亲水型取向纤维及亲水实验研究

在接收辊子的不同转速的条件下,得到疏密程度不同的亲水型取向纤维。测量了纤维的芯吸高度、吸水倍率和输水速率3个指标,并用SEM观察纤维形貌特征与表面结构。实验表明:取向纤维的芯吸高度明显高于非取向纤维,且随着转速的提高逐渐增大,当转速为1305r/min时,芯吸高度为15.7cm(15min);取向纤维的吸水倍率均小于非取向纤维,但总重量都可达到纤维自身重量的10倍(15min);取向纤维的输水速率均小于非取向纤维,输水量都小于9g(15min);纤维直径随着转速的提高有逐渐减小的趋势。

静电纺丝制备取向纤维的技术进展及应用现状

改变传统静电纺丝的接收装置可制备取向纤维,详述了不同的静电纺丝接收装置及纤维制备技术。接收装置根据其运动状态可分为动态接收装置和静态接收装置两大类,动态接收装置较易制得取向排列程度要求低的纤维,静态接收装置能够制得高取向度的取向纤维,但纤维的取向程度会随纤维网定量的增加而减小,只能制备小定量的产品,适合短时间的使用。介绍了静电纺丝取向纤维在医用材料、光电传感器件、过滤材料等领域的应用现状。指出静电纺丝制备取向纤维应根据需求的不同选取合适的接收装置,静电纺丝取向纤维是未来静电纺丝技术的研究重点,具有广阔的应用前景。

熔融静电纺制备超细取向纤维膜及其性能

采用熔融静电纺丝技术,利用高速滚筒制备超细取向纤维膜,以纺丝距离、纺丝电压、滚筒转速进行三因素三水平正交实验,利用扫描电子显微镜(SEM),探究各个因素对纤维取向度和纤维直径的影响,确定制备超细取向纤维膜的最优化工艺条件。同时,借助差示扫描量热仪(DSC)、拉伸实验及接触角测量仪对超细取向纤维膜的结晶性能、机械性能及疏水性进行了测试分析,并与平板接收的无序纤维膜进行对比。结果表明:当纺丝距离为10cm、纺丝电压为10kV、滚筒转速为1000r/min时,超细取向纤维表面光滑,纤维直径较小,排列紧密,具有良好的取向度,且超细取向纤维膜结晶度有所提升,水接触角变大,表现出较好的疏水性。同时,经过热压后的超细取向纤维膜机械性能明显提升。

形状记忆取向纤维膜的形状回复力调控

将生物可降解左旋聚乳酸(PLLA)与聚羟基丁酸戊酸共聚酯(PHBV)通过稳定射流电纺(SJES)技术制备取向的PLLA/PHBV复合纤维,并评价了其形状记忆性能。基于形状记忆聚合物的形状编程原理,对该PLLA/PHBV取向纤维进行不同应变的高温拉伸和低温固定处理,得到不同拉伸应变的取向纤维,并对其形貌、拉伸力学、分子取向度及形状回复力等进行表征测试。结果表明:利用SJES技术制备的PLLA/PHBV取向纤维具有良好的形状记忆性能,形状固定率和形状回复率分别为(96.79±0.64)%和(71.64±8.87)%。经不同拉伸应变编程处理的PLLA/PHBV取向纤维的形状回复应力从0(ε=0)分别增加到(5.32±0.32)MPa(ε=40%)、(7.63±0.26)MPa(ε=70%)和(9.24±0.13)MPa(ε=100%),证明通过改变拉伸应变可以实现对取向纤维形状回复力的调控。

仿生取向纤维的刚度变化对巨噬细胞极化特性的影响

为探索仿生取向纤维基质刚度变化对巨噬细胞响应行为的影响,采用同轴静电纺技术制备了以弹性聚(L-丙交酯-co-己内酯)(poly(lactide-co-caprolactone),PLCL)为壳层、刚性左旋聚乳酸(poly(L-lactic acid),PLLA)为芯层的不同刚度的PLCL/PLLA取向纤维。采用扫描电子显微镜、荧光染色以及cell counting kit-8等研究PLCL/PLLA取向纤维刚度变化对巨噬细胞RAW 264.7的形貌、增殖及迁移等行为的影响;利用实时定量聚合酶链反应、酶联免疫吸附检测及免疫荧光技术在基因和蛋白水平探究该巨噬细胞的极化状态变化。研究结果表明,与刚度较低的PLCL/PLLA取向纤维相比,培养在高刚度PLCL/PLLA取向纤维上的巨噬细胞具有较高的铺展、增殖和迁移能力,并且更倾向于朝促炎表型极化,巨噬细胞的表型对纤维刚度具有高度的依赖性。

电纺丝技术制备纳米/亚微米级取向纤维

静电纺丝是一种制备直径在纳米级到微米级超细纤维的新技术。普通的静电纺丝装置制备出的是无纺布状超细纤维,但有些场合需要使用取向纤维,因此文中介绍了制备取向纤维的方法,并成功地采用自制装置制备出取向的纳米/亚微米纤维,研究了电纺丝参数,如纺丝电压、溶液浓度、接收距离等对纤维取向的影响,最后对取向原理进行了简单分析。

聚己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯/Ⅰ型胶原取向纤维促进前交叉韧带断裂后腱-骨愈合

背景:材料表面的微/纳米结构对细胞的行为具有调控作用,肌腱组织主要由平行的胶原纤维组成,因此取向纤维结构对腱-骨愈合具有一定的促进作用。目的:探索聚己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯[poly(butylene adipate-co-terephthalate),PBAT]/Ⅰ型胶原取向纤维支架的生物相容性和成骨诱导活性。方法:采用静电纺丝技术分别制备无序PBAT、取向PBAT和取向PBAT/Ⅰ型胶原纤维支架材料,表征3种支架的静接触角与力学性能。将3种支架分别与大鼠骨髓间充质干细胞共培养,检测细胞黏附率与增殖情况,DAPI染色和Live/Dead荧光染色观察细胞在支架上的黏附和存活情况,碱性磷酸酶染色和Ⅰ型胶原免疫组化染色检测取向纤维支架的成骨诱导活性。结果与结论:①取向PBAT/Ⅰ型胶原纤维支架的静接触角低于无序PBAT、取向PBAT纤维支架(P<0.05);②两种取向支架的应变程度优于无序PBAT支架(P<0.05),取向PBAT支架的抗拉强度优于无序PBAT组(P<0.05),3组支架的弹性模量比较差异无显著性意义(P>0.05);③取向PBAT/Ⅰ型胶原纤维支架上的细胞黏附与增殖情况优于其他两组支架;④DAPI染色和Live/Dead荧光染色显示,骨髓间充质干细胞均可在3组支架上黏附和增殖,其中以取向PBAT/Ⅰ型胶原纤维支架上的细胞存活数量最多;⑤碱性磷酸酶染色和Ⅰ型胶原免疫组化染色显示,取向PBAT/Ⅰ型胶原纤维支架的成骨诱导活性强于取向PBAT纤维支架;⑥结果表明,PBAT/Ⅰ型胶原取向纤维支架具有良好的生物相容性和成骨诱导活性,能有效促进细胞增殖、黏附。

取向多孔Fe_(3)O_(4)/C复合纳米纤维膜制备与储锂性能研究

Fe_(3)O_(4)/C复合材料是一类有潜力的锂离子电池负极材料,但是其较低的电导率和显著的体积效应导致循环稳定性不够理想。采用静电纺丝技术,以乙酰丙酮铁和聚丙烯腈(PAN)为前驱体制备Fe_(3)O_(4)/C复合纳米纤维自支撑电极,通过在纺丝液中添加聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)引入孔隙缓解体积效应,通过高速收丝技术形成取向纤维膜以提高自支撑电极导电性。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪、热重分析仪(TG)、X射线光电子能谱仪(XPS)、比表面积测试仪(BET)和电池测试系统,对所制备的电极材料的形貌结构和电化学性能进行表征。研究表明:PMMA的引入显著增加了中孔和大孔数量,高速收丝下纤维排列更加有序。孔隙的增加显著提高了Fe_(3)O_(4)/C复合纳米纤维膜的比容、倍率性能和循环稳定性。所得的取向多孔Fe_(3)O_(4)/C复合纳米纤维膜具有710 mAh/g的高可逆容量,在1.0 A/g电流密度下经过500次循环后依然具有427 mAh/g可逆容量,容量保持率高达92.1%,表现出优异的循环稳定性。

透明质酸功能修饰聚乳酸取向超细纤维促进血管平滑肌细胞的迁移

基于稳定射流同轴电纺丝法(SJCES),选用透明质酸(HA)对电纺左旋聚乳酸(PLLA)取向超细纤维进行表面功能修饰得到壳-芯结构的取向纤维(HA-PLLA),以提高血管平滑肌细胞(vSMCs)在纤维表面的黏附和迁移能力。首先在无血清饥饿处理条件下观察HA促进vSMCs迁移的功效;然后采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、红外光谱仪(FT-IR)、X-射线衍射仪(XRD)和万能材料测试仪等对纤维形貌、壳-芯结构和力学性能进行表征;最后通过改良版“伤口”愈合实验检测HA-PLLA取向纤维诱导vSMCs迁移的功效。结果表明:HA具有显著促进vSMCs迁移的作用;SJCES法可成功制备HA-PLLA壳-芯取向纤维;HA修饰可显著提高PLLA取向纤维的细胞相容性,并增强其定向引导vSMCs迁移的能力,从而证实了HAPLLA取向纤维促进vSMCs迁移的有效性。

再生丝素蛋白/聚乙烯醇共混取向纳米纤维膜的制备与性能

为进一步提升取向纳米纤维膜在纺织生物医学领域的应用潜力,以再生丝素蛋白(RSF)和聚乙烯醇(PVA)为原料,通过静电纺丝制备取向纳米纤维膜。通过单因子及正交试验确定最优纺丝参数,并对取向纳米纤维膜的形貌、化学结构、力学性能、热稳定性能等进行研究。结果表明:静电纺丝最优纺丝参数为选甲酸为溶剂,滚筒转速2400 r/min,纺丝液质量浓度0.16 g/mL,纺丝电压23 kV,出液速度0.6 mL/h,接收距离17 cm;RSF与PVA之间存在一定相互作用,使RSF中部分无规结构向α螺旋结构转变;与相同纺丝时间下得到的无取向纳米纤维膜相比,取向纳米纤维膜的特点为断裂强力更高,是无取向纳米纤维膜的2倍以上,孔径更大,集中在0.5μm附近;取向结构对纳米纤维膜热稳定性基本无影响。

基于纤维面内取向分布的气体扩散层重构与传输性能分析

提出一种重构燃料电池气体扩散层(GDL)微观结构的新方法,用于研究纤维面内取向分布对GDL传输性能的影响。利用XCT扫描获取GDL二维切片图进行阈值分割得到GDL三维模型,通过纤维追踪技术区分纤维与粘接剂,得出纤维面内取向概率分布、纤维骨架局部孔隙率、纤维与粘接剂组分比例等信息作为控制因素,重构更加准确的GDL纤维骨架,并通过形态学处理添加粘接剂得到GDL孔尺度模型。对1000μm×1000μm×200μm的GDL计算域进行性能模拟计算,分析不同纤维取向分布对GDL的气体传输、热电传导性能的影响。由于碳纸在制造中大部分纤维顺着造纸机运行方向(纵向)排列,不同排列方式严重影响GDL在纵向、横向和穿面方向(TP方向)的性能。研究结果表明:随着纤维纵向分布集中程度提高,气体传输与热电传导性能在纵向提高,但在横向降低;对于TP方向,本研究中的纤维集中于纵向的一致性系数为0.029的取向分布时,GDL模型性能较优;电导率及热导率对纤维取向分布比气体扩散率更敏感。

取向静电纺丝纳米纤维的制备及应用研究进展

简单描述了静电纺丝的基本装置、原理;为制得高性能的取向纳米纤维,对静电纺丝中出现的不稳定性进行了研究,介绍了三种不稳定状况,并分析了其产生原因。列举了通过改变接收装置、控制电场和附加磁场等方法,改进静电纺丝技术来制取连续取向的纳米纤维,并对各种方法进行了简单的评价,指出磁化静电纺丝(MES)是目前制备取向纳米纤维最具有发展前景的方法。简要介绍了取向纳米纤维在生物组织工程领域方面的应用,并对其未来作了展望。

用高度取向石墨烯/聚乳酸(Gr/PLLA)复合超细纤维构建神经导管

制备了一种高度取向的石墨烯(Gr)/聚乳酸(PLLA)复合超细纤维,并构建了神经导管,研究了Gr/PLLA促进神经细胞生长与分化的协同诱导作用.研究结果表明,Gr/PLLA具有较好的纤维形貌与取向度;Gr的引入提高了纤维的热性能及力学性能;Gr加入量(≤1%)的增加及纤维取向度的提高使雪旺细胞(SCs)的黏附数量及伸展比例均呈增加趋势;Gr/PLLA纤维可促进SCs的增殖,雪旺细胞在96 h时达到最佳生长状态,表明Gr/PLLA纤维具有较好的细胞相容性.基于细胞形貌及轴突数量统计发现,Gr/PLLA纤维也能促进大鼠肾上腺嗜铬细胞瘤(PC12细胞)的神经分化.直径为2 mm的Gr/PLLA纤维导管具有较好的纤维取向度和抗压能力,能促进细胞沿管轴方向取向生长.

静电纺取向纳米纤维束及纳米纤维纱线的研究进展

到目前为止,大多数静电纺纳米纤维是以无纺布的形式收集到的,由于其杂乱无章的结构以及较低的力学性能严重束缚了纳米纤维的应用。为了拓展纳米纤维的应用领域,很多学者开始研究取向纳米纤维束以及纳米纤维纱线的制备方法。本文介绍了取向纳米纤维束以及纳米纤维纱线的研究进展,特别阐述了各种加工方法的优缺点,并且对纳米纤维纱线的发展前景进行了展望。

柔簇绒用预取向丝纤维的生产工艺探讨

文章叙述了柔簇绒用预取向丝(POY)的特点,并探讨了其生产工艺。生产结果表明,采用熔体直纺聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)设备和日本TMT纺丝、卷绕设备的POY生产线,通过熔体特性黏度、喷丝板、油嘴、工艺等一系列技术优化和改造,如采用特性黏度为(0.630±0.003)dL/g的PET熔体、Φ95.00-288 F-0.18 mm喷丝板、纺丝温度290℃、环吹风冷却、集束上油高度550.00 mm、卷绕速度2700 m/min,可以生产出品质优良的柔簇绒用POY纤维。

静电纺丝制备取向纳米纤维的研究进展

文章综述了采用静电纺丝法制备取向纳米纤维的研究进展,介绍了通过改变静电纺丝的装置,制备有序排列的纳米纤维的几种方式。

制备可促进干细胞增殖的三维取向电纺纤维膜

为模拟体内三维微环境,比较脂肪干细胞(adipose derived stem cells,ADSCs)在二维与三维取向纤维膜的增殖速率,通过改进静电纺丝收集装置,制备三维聚己内酯(poly caprolactone,PCL)取向电纺纤维。缠绕在毛细管(直径300μm)的电纺纤维取向性优良,纤维直径300~400 nm。将ADSCs种于经表面改性的电纺纤维上,黏附良好。在取向纤维膜上,细胞均沿纤维取向方向铺展。与2D纤维膜相比,细胞在3D纤维模型支架上增殖速率较快,表明3D纤维支架在组织工程应用中更有优势。