履己內(nèi)酯『6)多孔亞微米纖維的制備趙升云;穆寄林【摘要】以DMF、丙酮、二氯甲烷和丙酮/二氯甲烷為溶劑，通過(guò)靜電紡絲方法制備PCL亞微米纖維.通過(guò)SEM觀察纖維形貌及其孔徑大小，通過(guò)N2吸附-脫附曲線計(jì)算纖維的比表面積，通過(guò)拉伸實(shí)驗(yàn)測(cè)試?yán)w維的力學(xué)性能.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:以單一DMF、丙酮為溶劑制備得到表面光滑無(wú)孔亞微米纖維.而以二氯甲烷為溶劑無(wú)法制備連續(xù)的纖維.以丙酮/二氯甲烷為溶劑制備得到直徑為0.86士0.14頃、孔徑大小為65.0士17.5nm,比表面積為21.15m2/g的亞微米纖維.相比較無(wú)孔纖維，多孔PCL亞微米纖維的拉伸強(qiáng)度和楊氏模量略有下降，而斷裂伸長(zhǎng)率有所增加,主要是因?yàn)槔爝^(guò)程中，多孔纖維發(fā)生一定程度的收縮.PCL亞微米纖維表面的多孔結(jié)構(gòu)有利于細(xì)胞的黏附與生長(zhǎng)，因而有望作為組織工程支架材料.【期刊名稱(chēng)】《德州學(xué)院學(xué)報(bào)》【年(卷)，期】2014(030)004【總頁(yè)數(shù)】4頁(yè)(P48-51)【關(guān)鍵詞】靜電紡絲;聚己內(nèi)酯;多孔纖維【作者】趙升云;穆寄林【作者單位】武夷學(xué)院生態(tài)與資源工程學(xué)院，福建省高校綠色化工技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,福建武夷山354300;武夷學(xué)院生態(tài)與資源工程學(xué)院，福建省高校綠色化工技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建武夷山354300【正文語(yǔ)種】中文【中圖分類(lèi)】TB383.11引言如何構(gòu)建具有仿生天然細(xì)胞外基質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的組織工程支架材料，從而為細(xì)胞提供良好的生長(zhǎng)、繁殖和功能表達(dá)環(huán)境，甚至誘導(dǎo)、影響細(xì)胞分化，一直是組織工程的研究難點(diǎn)和熱點(diǎn)［1,2］.生物降解的聚合物支架材料被廣泛應(yīng)用于細(xì)胞的繁殖和產(chǎn)生細(xì)胞外基質(zhì)［3］.當(dāng)支架材料完全消失時(shí)，在組織修復(fù)過(guò)程中就留下了完好的組織.因此，聚合物纖維在模擬細(xì)胞外基質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能起到了修復(fù)、保持和提高人組織功能性.為了設(shè)計(jì)一個(gè)完美的支架，相互連通的孔結(jié)構(gòu)不僅有利于細(xì)胞高密度的繁殖，而且有利于細(xì)胞生長(zhǎng)、繁殖和分化的營(yíng)養(yǎng)和氧氣的傳輸，因此相互連通的多孔材料受到人們的廣泛關(guān)注.目前的技術(shù)領(lǐng)域，靜電紡絲制備的聚合物纖維在組織工程支架、過(guò)濾材料、防護(hù)服、藥物釋放和聚合物基復(fù)合納米材料等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景［4,5］.靜電紡絲被認(rèn)為是簡(jiǎn)單、快速的制備微米到納米級(jí)纖維結(jié)構(gòu)的技術(shù).且制備的纖維的結(jié)構(gòu)與天然纖維狀細(xì)胞外基質(zhì)相似.靜電紡絲制備的微米級(jí)或納米級(jí)纖維具有高的比表面積、相互連通的孔和高孔隙率使其成為組織工程支架材料的首選.表面具有微米和納米孔不僅有利用細(xì)胞的粘附和組織的相容性，而且可以提高細(xì)胞生長(zhǎng)和繁殖必不可少的氧氣和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的運(yùn)輸傳遞［6,7］.聚己內(nèi)酯（PCL）具有良好生物相容性、高滲透性、良好的機(jī)械性能和可生物降解性，細(xì)胞可在其支架上正常生長(zhǎng)，并可降解成CO2和H2O，因此PCL在可控釋藥物載體、細(xì)胞、組織培養(yǎng)支架領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景.Lee等［8］人分別以二氯甲烷、二氯甲烷/DMF為溶劑制備了直徑為5,5pm表面光滑的PCL微米纖維.而B(niǎo)ennink等［9］人以四氫呋喃/DMF為溶劑制備了直徑為250~700nm的光滑PLC纖維.Kim等［10］人分別以THF/DMF,二氯甲烷/DMF,氯仿為溶劑制備PCL纖維，然而只有以氯仿為溶劑制備得到多孔PCL纖維，且此過(guò)程中必須將電紡噴射流噴射到水浴中，才可收集得到多孔纖維，在一般收集板收集得不到多孔纖維.他認(rèn)為此過(guò)程中多孔的形成主要是因?yàn)槁确屡c水不互溶，氯仿?lián)]發(fā)過(guò)程中被水分子包裹，纖維固化過(guò)程中，表面力無(wú)法將氯仿分子推到纖維表面，因此纖維干燥過(guò)程中，就在氯仿液滴處留下多孔印記，形成多孔結(jié)構(gòu).目前文獻(xiàn)卻鮮有報(bào)道在普通的收集板上收集得到多孔的PCL纖維.本研究主要對(duì)收集裝置進(jìn)行一定程度的改裝，將收集板放入一個(gè)可調(diào)節(jié)濕度的密封箱子中分別以丙酮、DMF.二氯甲烷或其混合溶劑為溶劑，通過(guò)靜電紡絲法制備多孔PCL纖維，研究了不同溶劑對(duì)纖維形貌及其孔徑大小的影響.最終討論了不同纖維的機(jī)械性能.2實(shí)驗(yàn)部分2.1原料與實(shí)驗(yàn)儀器聚己內(nèi)酯（PCL）,Mn=8.0x105，美國(guó)Aldrich（Milwaukee,USA）有限公司；二氯甲烷（DCM）、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）和丙酮：分析純，上海國(guó)藥試劑廠；直流高壓電源（DW-P303-IAC），天津東文高壓電源廠；注射泵（TS2-60），保定蘭格恒流泵有限公司.真空干燥箱：DZF-6020型，上海恒科技有限公司.2.2PCL多孔亞微米纖維的制備將1gPCL溶解在DMF、丙酮、二氯甲烷、丙酮/二氯甲烷溶劑中，常溫下磁力攪拌24h，使其完全溶解，配置成質(zhì)量濃度為9%的紡絲液.把紡絲液裝入內(nèi)徑為16mm,體積為10mL的注射器（針頭規(guī)格為18）中，然后將該注射器安置在微量注射泵上.將高壓電源的正電極夾在注射器的金屬針頭上，另一個(gè)電極與距針頭15cm的鋁箔紙收集板相連.并且將收集板放入一個(gè)可調(diào)節(jié)濕度的密封箱子中，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中將相對(duì)濕度調(diào)節(jié)在83%，如圖1裝置所示.紡絲過(guò)程中的供料速度15"/min.制得的PCL多孔超細(xì)纖維膜于50OC真空干燥24h.真空干燥后，把膜放在干燥器中備用.圖1靜電紡絲裝置示意圖2.3PCL多孔亞微米纖維的結(jié)構(gòu)表征纖維膜用JEOL公司的JEOL-6380LV型冷場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（SEM）觀察其表面形貌.所有樣品都經(jīng)表面噴金處理，噴金條件30mA,40s.使用儀器配套軟件Smile-View測(cè)量纖維的直徑和孔徑，求統(tǒng)計(jì)平均值.在ASAP2000自動(dòng)吸附分析儀上（美國(guó)麥克公司）測(cè)定液氮溫度下（77K）樣品的N2吸附-脫附等溫線，并用BET方程計(jì)算產(chǎn)物比表面積.拉伸性能測(cè)試采用英國(guó)LLOYD公司的LR5K雙立柱5kN萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)，室溫下進(jìn)行，拉伸速度為10mm/min，樣條尺寸為長(zhǎng)70mm，寬10mm，兩夾板間距20mm.8次重復(fù)試驗(yàn)，結(jié)果取8次測(cè)試值的平均值.3結(jié)果與討論分別以單一丙酮、DMF、二氯甲烷為溶劑，通過(guò)靜電紡絲法制備PCL纖維.以丙酮為溶劑制備得到直徑為0.65±0.08pm、表面光滑無(wú)孔的PCL纖維（見(jiàn)圖2a）.而同樣以DMF為溶劑制備得到直徑為0,28±0.07pm表面光滑無(wú)孔的PCL纖維（見(jiàn)圖2b）.相比較而言，以DMF為溶劑，纖維的直徑大大減小.主要是由于DMF的沸點(diǎn)為152.8C，高于丙酮的沸點(diǎn)56.5C，因此電紡噴射流在到達(dá)收集板過(guò)程中，丙酮溶劑快速揮發(fā)，使得噴射流的粘度急劇增加，所以更難以被拉伸.所以纖維直徑變大.然而以二氯甲烷為溶劑，由于二氯甲烷的沸點(diǎn)為39.8C，溶劑揮發(fā)速率太快，聚合物在噴絲口就固化，因此無(wú)法噴射出連續(xù)的纖維.基于以上原因以丙酮/二氯甲烷為混合溶劑（體積比為1：1），制備得到多孔的PCL亞微米纖維如圖2c所示.從表1可知，纖維的直徑為0.86±0.14pm、孔徑大小為65.0±17.5nm，且孔密度大.與前兩者無(wú)孔纖維相比，PCL多孔亞微米纖維的比表面積增加到21.15m2/g.主要?dú)w結(jié)于多孔結(jié)構(gòu)的比表面積大.表1使用不同溶劑制備電紡制備PCL亞微米纖維的纖維直徑、孔徑大小及其比表面積溶劑纖維直徑3m）孑1徑（nm）比表面積（m2/g）Acetone0.65±0.08無(wú)孔3.23DMF0.28±0.07無(wú)孔5.14acetone/DCM0.86±0.1465.0±17.521.15圖3為PCL纖維膜的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，從圖中可以看出PCL多孔纖維膜曲線在PCL纖維膜下方.根據(jù)應(yīng)力-應(yīng)變曲線可得到纖維膜的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率和楊氏模量，數(shù)據(jù)總結(jié)于表2.與PCL纖維相比，多孔PCL纖維膜的拉伸強(qiáng)度和楊氏模量分別從2.07MPa和2.30MPa降低到1.82MPa和2.24MPa.這主要是因?yàn)槎嗫桌w維在拉伸過(guò)程中，孔會(huì)發(fā)生一定程度的收縮，因此拉伸強(qiáng)度和楊氏模量呈現(xiàn)一定程度的降低.然而斷裂伸長(zhǎng)率卻從241%升高到267%，也主要和孔的收縮有關(guān).圖2使用不同溶劑電紡制備PCL亞微米纖維的掃描電鏡圖：a）丙酮，b）DMF,c）丙酮/二氯甲烷表2PCL纖維膜的力學(xué)性能樣品拉伸強(qiáng)度（MPa）斷裂伸長(zhǎng)率（%）楊式模量（MPa）PCL纖維2.072412.30PCL多孔纖維1.822672.24圖3PCL纖維的應(yīng)力-應(yīng)變曲線（a）PCL纖維，（b）PCL多孔纖維4結(jié)論聚己內(nèi)酯（PCL）具有良好生物相容性和可生物降解性，細(xì)胞可在其支架上正常生長(zhǎng)，因此PCL在組織工程領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景.通過(guò)靜電紡絲制備了孔徑大小為65.0±17.5nm的多孔的PLC亞微米纖維，多孔的形成使其比表面積大大增加到21.15m2/g.且多孔結(jié)構(gòu)有利于細(xì)胞的黏附與生長(zhǎng)，有望成為組織工程支架材料使用.參考文獻(xiàn)：[1]唐勇紅，慶楊，蓮岑，等.靜電紡制備的PLLA/PCL復(fù)合支架性能及細(xì)胞相容性[J].高分子材料科學(xué)與工程，2010,26(9):67-70.[2]LumelskyY,ZoldanJ,LevenbergS,etal.PorousPolycaprolactone-polystyreneSemi-interpenetratingPolymer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