再生絲素蛋白水溶液的微流體靜電紡絲研究.pdf

1、采用靜電紡絲技術(shù)制備的支架材料可以最大限度地模擬細胞外基質(zhì)，成為制備組織工程支架的主要技術(shù)之一。然而這種傳統(tǒng)的紡絲技術(shù)與生物體紡絲器相比存在很大差異，無法模擬纖維成型過程中的復雜性。蜘蛛和蠶體內(nèi)的生物仿生器在結(jié)構(gòu)和功能上可以看做是某種復雜的微流體裝置。利用微流體技術(shù)可以在微觀尺度下控制、操作和檢測復雜流體，甚至實現(xiàn)紡絲。在本論文中我們將微流體技術(shù)與靜電紡絲技術(shù)相結(jié)合，使用微流體芯片及聚醚醚酮（PEEK）管路作為紡絲器，通過這種新穎的微流

2、體靜電紡絲技術(shù)將再生絲素蛋白水溶液（SF）紡成纖維氈。我們探索了它們的最佳紡絲工藝參數(shù)，并且通過改變微流體芯片尺寸，研究剪切和拉伸條件對纖維氈二級結(jié)構(gòu)的影響。最后，使用微流體多通道芯片成功制備了SF/SS（絲膠）和SS/SF/SS纖維氈。采用掃描電子顯微鏡、透射電鏡、紅外光譜、拉曼光譜、差示掃描量熱儀、X射線衍射、毛細管流動孔徑測定儀和電子萬能材料試驗機等方法進行表征。
　　為確定微流體芯片靜電紡絲的最佳條件，本論文研究了SF質(zhì)量

3、分數(shù)、紡絲電壓以及注射泵流速對纖維氈形貌、結(jié)構(gòu)及性能的影響。結(jié)構(gòu)表明：在SF質(zhì)量分數(shù)33 wt％、紡絲電壓25 kV、紡絲液流速1.2 mL/h的條件下可以得到表觀形貌良好、纖維粗細均勻的纖維氈。通過改變微流體芯片的出口段寬度、拉伸段和剪切段長度，從而對 SF水溶液施加不同的拉伸和剪切條件。研究發(fā)現(xiàn)，拉伸速率和剪切速率的增加都有利于無規(guī)/α-螺旋構(gòu)象向β-折疊構(gòu)象轉(zhuǎn)變，從而改善SF纖維的二級結(jié)構(gòu)。
　　我們也探索了 PEEK管路微

4、流體靜電紡絲的最佳紡絲條件， PEEK內(nèi)徑、SF質(zhì)量分數(shù)、電壓和流速也會對纖維的形貌和性能產(chǎn)生影響。將微流體芯片、PEEK管路和傳統(tǒng)的不銹鋼針頭（SUS）靜電紡絲進行對比，相同橫截面積下，芯片具有更小的當量直徑和更大的剪切速率，紡得的纖維氈形貌良好、孔徑最小，具有較高的β-折疊結(jié)構(gòu)和結(jié)晶度，力學性能也比較優(yōu)異。
　　我們探索了絲素溶液和絲膠溶液共同紡絲的條件。以微流體雙通道芯片作為紡絲器，成功制備了SF/SS纖維氈。兩流體在微通道

5、中以層流方式流動，到達芯片出口處既不共混也不分層，而是各自獨立成絲，通過掃描電鏡可以觀察到粗細差異較大的兩種纖維共存，形貌較好。使用 PEEK管路代替雙通道芯片靜電紡絲時發(fā)現(xiàn)，紡絲得到的SF/SS纖維氈形貌變差。
　　使用微流體三通道芯片成功制備了 SS/SF/SS纖維氈，絲膠部分與絲素部分形成了三明治螺旋特殊結(jié)構(gòu)。絲膠部分位于三明治的外側(cè)，絲素部分位于內(nèi)側(cè)，絲膠部分包裹著絲素部分，相互纏結(jié)卷繞。微通道的層流和可控擴散特性可實現(xiàn)復