基于同轴微流控纺丝技术的CS/SA掺杂PVA复合载药纤维的制备及其释药性能

为延长药物的可控释放时间,提高累计释放率,将生物相容性良好的天然高分子材料壳聚糖(CS)和海藻酸钠(SA)分别与聚乙烯醇(PVA)溶液混合作为纺丝液,通过同轴微流控纺丝技术制备具有药物缓释性能的复合载药纤维。以氨苄西林钠(AS)为药物模型,比较研究了PVA/CS/AS(PCA)和PVA/SA/AS(PSA)两种复合载药纤维的药物缓释效果,并分析了两种天然高分子材料及其含量对载药纤维形貌结构、力学性能以及释药性能的影响。结果表明:PCA和PSA载药纤维均具有稳定的成型性和良好的形貌结构。PCA的断裂强度高于PSA复合纤维,而PSA的断裂伸长率远大于PCA复合纤维。此外,这两种纤维对药物均具有良好的缓释效果。其中,PCA复合纤维在短期内释药量大,当PVA与CS质量比为5∶1时,PCA复合纤维在180 min内药物的累计释放率最高为60%;而PSA复合纤维可以实现58 h的长时间药物释放,当PVA与SA质量比为64∶1时,PSA复合纤维药物累计释放率最高为94.1%,适合治疗慢性疾病,达到长期有效释药的目的。利用这两种载药复合纤维可设计适用于不同给药患者的药物缓释系统,展现出其在药物缓控释中的广阔应用前景。

超声波振动磁场耦合辅助微流控纺丝工艺研究

为了避免微流控纺丝技术中,纺丝液黏度过高降低纳米纤维的表观质量以及堵塞微流控纺丝通道引发安全事故的问题,提出振动场与磁场耦合辅助作用下的微流控纺丝工艺,并开展了相关实验研究。设计普通微流控纺丝、磁场辅助、超声波振动辅助以及超声波振动与磁场耦合辅助4种微流控纺丝实验方案,对质量分数20%的聚丙烯腈/二甲基甲酰胺(PAN/DMF)纺丝液进行微流控纺丝实验。利用扫描电镜和Instron万能试验机,分析所制备纤维的微观结构、形貌特征与力学性能。结果表明:普通微流控纺丝、磁场辅助、超声波振动辅助以及超声波振动与磁场耦合辅助4种微流控纺丝工艺下的纤维直径范围分别为1.18~2.11μm、1.03~1.92μm、0.62~1.40μm、0.59~1.24μm;方差分别为0.159、0.096、0.053、0.048;相对于普通微流控纺丝,磁场辅助、超声波振动辅助、超声波振动与磁场耦合辅助制备纤维的平均直径分别减小了1.3%、28.7%、47.0%;多场耦合辅助制备纤维的细化程度、均匀性、表观质量以及纤维强力都得到了比较明显的改善,在纺织、服装等传统领域和组织工程、航空航天等高科技领域具有广阔应用前景。

微流控纺丝制备葡萄糖响应凝胶纤维

葡萄糖响应凝胶纤维在血糖监测传感器开发中有着潜在的应用前景。本文基于微流控纺丝方法和自由基聚合反应制备了化学交联和物理交联的葡萄糖响应聚(N-异丙基丙烯酰胺/3-丙烯酰胺基苯硼酸)(P(NIPAM-co-AAPBA))凝胶纤维。通过傅里叶变换红外光谱、扫描电子显微镜和力学性能测试等技术手段表征了凝胶纤维的结构和形态、力学性能、溶胀度动力学与葡萄糖响应性。结果表明,凝胶纤维具有多孔的微观结构,通过改变芯层与壳层溶液的流速可以调控凝胶纤维的直径。随着AAPBA质量分数的增加,凝胶纤维的溶胀速率和平衡溶胀度均有所降低,但葡萄糖响应性能提高。与化学交联的凝胶纤维相比,物理交联的凝胶纤维具有良好的力学性能。

微流控纺丝制备丝素纳米带增强再生丝素蛋白纤维

为获得力学性能优异的再生丝素蛋白(RSF)纤维,采用单通道微流控湿法纺丝,将RSF溶液与丝素纳米带(SNR)以1000∶0、1000∶1、500∶1、300∶1的质量比混合成质量分数33%的纺丝液,制备RSF基复合纤维。采用傅里叶红外光谱仪(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)、材料试验机等对所得纤维的结构和性能进行表征,结果表明少量SNR的加入使纤维表面粗糙度降低,促进了丝素蛋白二级结构的转变和结晶,显著提高了复合纤维的强度和断裂能。RSF/SNR-500纤维的断裂强度可达405.6 MPa,断裂伸长率达25.1%。

微流控技术制备ATO@TiO2/PVP导电纤维的研究

以三氯化锑和四氯化锡为原料采用湿化学共沉淀法制备氧化锡锑(ATO),将其包覆在大长径比TiO2纳米线上,制成复合导电粉体,再添加到聚乙烯吡咯烷酮(PVP)纺丝液中,利用微流纺丝技术制备了结构完整、粗细均匀、排列整齐的ATO@TiO2/PVP共混导电纤维,并分别对其性能和结构进行了表征,并优化了工艺条件。结果表明:以15.0%PVP乙醇溶液作为纺丝液、添加4.5%ATO@TiO2导电填料时制备的ATO@TiO2/PVP共混纤维性能较好,直径平均约为3μm,粗细均匀,互相之间基本无粘连和缠结,ATO@TiO2/PVP共混纤维最小电阻率平均为70.0 KΩ·cm。

微流控纺丝技术及多元结构微流控纤维柔性可穿戴应用

微流控纺丝技术融合了微流控技术和纺丝技术的优点,可设计制备常规纺丝技术难以实现的复杂结构微纤维。通过对微尺度流体流动的精确调控及利用微通道内流体的层流流动特性,微流控纺丝技术制备的多元结构功能微纤维在生物医学、柔性电子、分析化学等领域具有广泛应用。本文系统介绍了微流控纺丝技术的纺丝装置及固化机制,综述了实心/多孔纤维、中空/核壳纤维、Janus/双组分/多组分纤维、纺锤状纤维、螺旋纤维等多元结构纤维的制备方法、结构特点及其在柔性可穿戴中的应用,最后分析了微流控纺丝技术在制备微纤维中的优势与不足,并对微流控纺丝技术的应用前景进行展望。

导电微纤维的微流控制备及其在柔性电子领域的应用

柔性电子是一种新兴的电子技术.近年来,随着电子材料研究的深入,柔性电子已成功地与多个学科领域结合,成为跨学科研究的热门领域之一.与传统的刚性电子产品相比,柔性电子在轻便性、生物相容性、可穿戴性、机械稳定性和灵活性等方面展现出极大的优势.而纤维材料作为柔性电子系统的基础结构之一,其具有质量轻、机械柔韧性好、功能性多样的优点,在柔性电子膜、纺织品、可穿戴设备等多个行业中发挥着重要作用.在多种纤维制备方式中,微流控可以实现对微通道流体的精准操控,被证实可以实现多样化结构微纤维的制备.随着理论研究的深入和技术工艺的革新,微流控技术被认为是一种经济而有力的用于制造柔性导电微纤维的工具,并推动了其在柔性电子器件如传感器、储能器等方面的应用.因此,本文首先总结微流控纺丝技术在导电微纤维制备领域的研究进展,包括实心结构、核壳结构及多组分结构微纤维的制备;然后,重点介绍导电微纤维在传感、能量存储、组织工程等柔性电子领域的应用进展;最后,针对导电纤维用于柔性电子领域将面临的挑战和发展方向进行展望.