一种结构可控的聚乳酸多孔纳米纤维静电纺丝制备方法与流程

本发明属于静电纺丝纳米纤维制备领域，特别是涉及一种结构可控的聚乳酸多孔纳米纤维静电纺丝制备方法。

背景技术：

静电纺丝技术是制备纳米纤维的一种简单且高效的方法。在近几年的研究中，由于静电纺丝纤维膜与天然细胞外基质的结构相似，越来越多的研究者开始关注并研发具有特定结构以及不同表面形貌的纤维膜产品用以模拟天然细胞外基质。

在生物应用方面，静电纺丝纤维多孔结构可以促进组织再生过程中的生物响应，例如促进蛋白质吸附，细胞的吸附与增殖等。除此之外，研发多孔的纳米纤维在过滤、神经修复、组织支架及传感器方面具有广泛的应用。

在之前国内外的研究中，高挥发性的有机溶剂被大量使用，但必须选取合理的溶剂配比以得到可控的多孔纤维，实验操作具有一定难度。此外，有机溶剂在纺丝过程中为有毒的高耗能产品，会提高工业化成本。zhang等(zhangyz,fengy,huangzm.fabricationofporouselectrospunnanofibers[j].nanotechnology,2006,17(3):901.)利用两种亲疏水性不同的聚合物进行静电纺丝的共混实验，然后水解滤去一种聚合物，从而制备了具有多孔结构的纤维，此方法为得到多孔的电纺纤维开辟了一条新的途径。然而，该方法能够实现多孔纤维，但是无法一步得到多孔纤维，实验步骤增加，实验周期较长。水解过程会使纤维发生溶胀，影响纳米纤维的比表面大小和形貌。水解滤去的物质会造成资源的一大浪费。本实验可以通过一步法得到多孔纳米纤维，所使用的有机溶剂均为常用的有机溶剂，成本更低，操作更简单，具有良好的环境稳定性。聚乳酸因其具有良好的疏水性，低毒性，良好的生物降解性和优异的相容性等优点，进而选取聚乳酸作为复合纤维的基体。

技术实现要素：

为克服现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种结构可控的聚乳酸多孔纳米纤维静电纺丝制备方法，本发明提供的制备方法得到的纳米纤维膜结构具有多孔结构，高的比表面，高的疏水性，改善加工性能的特点。并且工艺简单，成本低廉。

本发明所采用的技术方案是：

一种结构可控的聚乳酸多孔纳米纤维静电纺丝制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤一、称取1.68g～3.36g聚乳酸固体溶于15ml氯仿中配成聚合物溶液，在磁力搅拌器上搅拌5～10小时，得到澄清且均匀的聚乳酸溶液；

步骤二、量取4.5ml步骤一中所得的聚乳酸溶液放入烧杯1中，再向烧杯1中加入0.5ml～1ml丙酮；量取4.5ml步骤一中所得的聚乳酸溶液放入烧杯2中，再向烧杯2中加入0.5ml～1ml乙醇；量取4.5ml步骤一中所得的聚乳酸溶液放入烧杯3中，再向烧杯3中加入0.5ml～1ml的n,n二甲基甲酰胺，得到3种聚合物溶液；

步骤三、将步骤二中烧杯1，烧杯2和烧杯3中的溶液分别搅拌5～10小时，得到3种混合均匀的聚合物溶液；

步骤四、称取2ml～3ml步骤三中烧杯1里的溶液，将该溶液注入到注射器1中；称取2ml～3ml步骤三中烧杯2里的溶液，将该溶液注入到注射器2中；称取2ml～3ml步骤三中烧杯3里的溶液，将该溶液注入到注射器3中；再将3个注射器分别固定在3个推进泵上，3个高压电源的正极分别连接在3个注射器的针头上，然后把3个高压电源的负极分别连接在3个接收器的垂直铝箔上，3个注射器针头内径相同且均为0.4mm～0.6mm；

步骤五、在步骤四的基础上设置3个高压电源的电纺参数：3个高压电源的电压相同且均为10kv～15kv，3个注射器与其对应的垂直铝箔的距离相同且均为10cm～15cm，3个推进泵的推进速度相同且均为1ml/h～2ml/h，然后接通高压电源，3个对应的接收器的垂直铝箔上会接收到具有不同表面形貌的纳米纤维。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.利用电纺丝技术，有效的制备出多孔纤维，增大比表面。通过改变溶剂来实现材料多孔的可控性，为电纺多孔纤维膜的进一步应用奠定基础。

2.本发明方法具有工艺简单，易操作，成本低，可以用于工业化生产。

3.本发明以聚乳酸为纺丝基体，无毒且生物相容性良好，所制备的多孔纤维膜在生物医学领域有很广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明所述的一种结构可控的聚乳酸多孔纳米纤维静电纺丝制备方法采用的静电纺丝设备结构示意图；

图2是本发明所述的一种结构可控的聚乳酸多孔纳米纤维静电纺丝制备方法的流程示意图；

图3是本发明实施例1得到的聚乳酸纳米纤维扫描电镜图片；

图4是本发明实施例2得到的聚乳酸纳米纤维扫描电镜图片；

图5是本发明实施例3得到的聚乳酸纳米纤维扫描电镜图片。

具体实施方式

一种结构可控的聚乳酸多孔纳米纤维静电纺丝制备方法，用氯仿溶解聚乳酸固体，得到聚乳酸溶液。再将丙酮、n，n二甲基甲酰胺、乙醇分别加入聚乳酸溶液中制备静电纺丝前驱液。然后将3种聚合物溶液进行静电纺丝得到纳米纤维，本发明制备方法的静电纺丝设备结构示意图如图1所示，其具体制备步骤如下：

步骤一、称取1.68g～3.36g聚乳酸固体溶于15ml氯仿中配成聚合物溶液，在磁力搅拌器上搅拌5～10小时，得到澄清且均匀的聚乳酸溶液；

步骤二、量取4.5ml步骤一中所得的聚乳酸溶液放入烧杯1中，再向烧杯1中加入0.5ml～1ml丙酮；量取4.5ml步骤一中所得的聚乳酸溶液放入烧杯2中，再向烧杯2中加入0.5ml～1ml乙醇；量取4.5ml步骤一中所得的聚乳酸溶液放入烧杯3中，再向烧杯3中加入0.5ml～1ml的n,n二甲基甲酰胺，得到3种聚合物溶液；

步骤三、将步骤二中烧杯1，烧杯2和烧杯3中的溶液分别搅拌5～10小时，得到3种混合均匀的聚合物溶液；

步骤四、称取2ml～3ml步骤三中烧杯1里的溶液，将该溶液注入到注射器1中；称取2ml～3ml步骤三中烧杯2里的溶液，将该溶液注入到注射器2中；称取2ml～3ml步骤三中烧杯3里的溶液，将该溶液注入到注射器3中；再将3个注射器分别固定在3个推进泵上，3个高压电源的正极分别连接在3个注射器的针头上，然后把3个高压电源的负极分别连接在3个接收器的垂直铝箔上，3个注射器针头内径相同且均为0.4mm～0.6mm；

步骤五、在步骤四的基础上设置3个高压电源的电纺参数：3个高压电源的电压相同且均为10kv～15kv，3个注射器与其对应的垂直铝箔的距离相同且均为10cm～15cm，3个推进泵的推进速度相同且均为1ml/h～2ml/h，然后接通高压电源，3个对应的接收器的垂直铝箔上会接收到具有不同表面形貌的纳米纤维。

本发明所述的结构可控的多孔聚乳酸静电纺纳米纤维的制备方法，多孔的形成机理是由于溶剂的沸点不同。通过加入丙酮、乙醇、n，n二甲基甲酰胺来影响溶剂的挥发性，通过调节静电纺过程中溶剂挥发速率的快慢来影响聚合物和溶剂间的相分离，从而形成多孔结构。

下面通过三个实施例对本发明做出进一步的说明：

实施例1

步骤一、称取1.68g聚乳酸固体溶于13.5ml氯仿中配成聚合物溶液，在磁力搅拌器上搅拌5小时，得到澄清且均匀的聚乳酸溶液；

步骤二、量取4.5ml步骤一中所得的聚乳酸溶液放入烧杯1中，再向烧杯1中加入0.5ml丙酮；量取4.5ml步骤一中所得的聚乳酸溶液放入烧杯2中，再向烧杯2中加入0.5ml乙醇；量取4.5ml步骤一中所得的聚乳酸溶液放入烧杯3中，再向烧杯3中加入0.5ml的n,n二甲基甲酰胺，得到3种聚合物溶液；；

步骤三、将步骤二中烧杯1，烧杯2和烧杯3中的溶液分别搅拌5小时，得到3种混合均匀的聚合物溶液；

步骤四、称取2ml步骤三中烧杯1里的溶液，将该溶液注入到注射器1中；称取2ml步骤三中烧杯2里的溶液，将该溶液注入到注射器2中；称取2ml步骤三中烧杯3里的溶液，将该溶液注入到注射器3中；再将3个注射器分别固定在3个推进泵上，3个高压电源的正极分别连接在3个注射器的针头上，然后把3个高压电源的负极分别连接在3个接收器的垂直铝箔上，3个注射器针头内径均为0.4mm；；

步骤五、在步骤四的基础上设置3个高压电源的电纺参数，3个高压电源的电压均为10kv，3个注射器与其对应的垂直铝箔的距离均为10cm，3个推进泵的推进速度均为1ml/h，然后接通高压电源，3个对应的接收器的垂直铝箔上会接收到具有不同表面形貌的纳米纤维。

样品标记为实施例1样品，纤维表面有多孔结构；

实施例2

步骤一、称取2.52g聚乳酸固体溶于15ml氯仿中配成聚合物溶液，在磁力搅拌器上搅拌7.5小时，得到澄清且均匀的聚乳酸溶液；

步骤二、量取4.5ml步骤一中所得的聚乳酸溶液放入烧杯1中，再向烧杯1中加入0.75ml丙酮；量取4.5ml步骤一中所得的聚乳酸溶液放入烧杯2中，再向烧杯2中加入0.75ml乙醇；量取4.5ml步骤一中所得的聚乳酸溶液放入烧杯3中，再向烧杯3中加入0.75ml的n,n二甲基甲酰胺,得到3种聚合物溶液；

步骤三、将步骤二中烧杯1，烧杯2和烧杯3中的溶液分别搅拌7.5小时，得到3种混合均匀的聚合物溶液；

步骤四、称取2.5ml步骤三中烧杯1里的溶液，将该溶液注入到注射器1中；称取2.5ml步骤三中烧杯2里的溶液，将该溶液注入到注射器2中；称取2.5ml步骤三中烧杯3里的溶液，将该溶液注入到注射器3中；再将3个注射器分别固定在3个推进泵上，3个高压电源的正极分别连接在3个注射器的针头上，然后把3个高压电源的负极分别连接在3个接收器的垂直铝箔上，3个注射器针头内径均为0.5mm；

步骤五、在步骤四的基础上设置3个高压电源的电纺参数，3个高压电源的电压均为12kv，3个注射器与其对应的垂直铝箔的距离均为12cm，3个推进泵的推进速度均为1.5ml/h，然后接通高压电源，3个对应的接收器的垂直铝箔上会接收到具有不同表面形貌的纳米纤维。

样品标记为实施例2样品，纤维表面多孔减少；

实施例3

步骤一、称取3.36g聚乳酸固体溶于15ml氯仿中配成聚合物溶液，在磁力搅拌器上搅拌10小时，得到澄清且均匀的聚乳酸溶液；

步骤二、量取4.5ml步骤一中所得的聚乳酸溶液放入烧杯1中，再向烧杯1中加入1ml丙酮；量取4.5ml步骤一中所得的聚乳酸溶液放入烧杯2中，再向烧杯2中加入1ml乙醇；量取4.5ml步骤一中所得的聚乳酸溶液放入烧杯3中，再向烧杯3中加入1ml的n,n二甲基甲酰胺，得到3种聚合物溶液；

步骤三、将步骤二中烧杯1，烧杯2和烧杯3中的溶液分别搅拌10小时，得到3种混合均匀的聚合物溶液；

步骤四、称取3ml步骤三中烧杯1里的溶液，将该溶液注入到注射器1中；称取3ml步骤三中烧杯2里的溶液，将该溶液注入到注射器2中；称取3ml步骤三中烧杯3里的溶液，将该溶液注入到注射器3中；再将3个注射器分别固定在3个推进泵上，3个高压电源的正极分别连接在3个注射器的针头上，然后把3个高压电源的负极分别连接在3个接收器的垂直铝箔上，3个注射器针头内径均为0.6mm；

步骤五、在步骤四的基础上设置3个高压电源的电纺参数，3个高压电源的电压均为15kv，3个注射器与其对应的垂直铝箔的距离均为15cm，3个推进泵的推进速度均为2ml/h，然后接通高压电源，3个对应的接收器的垂直铝箔上会接收到具有不同表面形貌的纳米纤维。

样品标记为实施例3样品，纤维表面多孔消失。

各实施例制备出的样品的扫描电镜如图3，4，5所示，可见通过改变溶剂可以实现多孔的可控性。