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超强的功能纤维
来源:中国纤维网 添加人:service4 添加时间:2021-1-8

     ———最新发现———比头发丝细1500倍

  电纺丝技术,是利用聚合物溶液(或熔体)在电场下的喷射,来制备纳米级超精细纤维的一种新型加工方法。一个普通的电纺丝制备装置主要由三部分组成:高压直流电源、带有不锈钢针头的注射器和收集器。当仪器工作时,在收集器和注射器之间加一个高压,当电压达到溶液的静电斥力大于它的表面张力的时候,溶液就会从注射器的针头喷射出来,这就形成了纺丝。

  这些细丝的直径一般只有50—500纳米。如果以50纳米计算,它们的粗细只相当于一根头发丝直径的一千五百分之一。目前,科学家们成功利用电纺丝加工的聚合物已经超过上百种。它不仅能够制造高分子的纳米纤维,还能够制造有机无机复合的材料。方法简单,装置便宜,可以制造无限长的纤维,可重复性好,易于控制制品的化学组分和物理性能等。

  新技术让纳米丝更“聪明”

  相比以往的电纺丝,上海硅酸盐研究所的可控电纺丝技术制成的无疑是一种更“聪明”的纳米丝。

  他们研究发现,电场力和库伦引力在纤维沉积和排列方面发挥重要作用。利用这一原理,他们巧妙地设计并利用具有不同结构的收集模板,制备出了具有复杂可控图案化和编织结构的电纺丝纤维支架材料。这较以往的纤维取向控制技术又往前迈出了一大步。由于图案和编织结构的可控性进一步增强,这为电纺丝技术带来了更为广阔的应用前景。

  ———应用前景———

  纳米粗细的电纺丝并不只是科学家手中的玩物,它在许多方面都有着巨大的用途。

  在需要“人工血管”“人工皮肤”“人工骨骼”等临床修复替代品为患者解除痛苦时,由与组织极为友善的高分子材料制成的电纺丝可以出马解决;在电子、催化、航空航天、服装甚至其他工业领域电纺丝纤维更可当仁不让。

  精密的“人体打印机”

  就目前而言,生物组织工程和再生医学可能还是电纺丝纤维的最大应用领域。

  据介绍,电纺丝纤维在结构上与天然细胞外基质十分相似,且有较好的生物相容性及一定的强度和稳定性,又易加工制作,因而是人体器官再造较为理想的支架材料之一。在软骨、骨、血管、心脏、神经等组织工程领域都有十分广泛的应用价值。

  如果打一个形象的比方,电纺丝纤维就相当于一台“人体打印机”。往常当患者出现组织坏死、器官衰竭或者骨头、皮肤损伤时,我们采用的方法一般是用他人或患者自己其他部位的健康皮肤、骨骼进行移植替代修复创伤和缺损。而在不久的将来我们有可能将电纺丝技术与组织工程技术结合,应用于人体组织损伤的修复。

  具体方法是,先按照患者需要替换部位的组织或器官的形状用电纺丝制作细胞支架,而后从患者体内提取相应的种子细胞放置在之前准备好的细胞支架上进行培养。由高分子材料制成的电纺丝支架不但会在新生皮肤的生长过程中为其定型,还能增加器官或组织的稳定性。之后新生的组织和器官就会逐渐成形,直至完全修复缺损,而支架材料则逐渐降解。这样一来,病人获得了新生,充当生长基质的电纺丝支架也完成了使命。

  因此,科学家介绍说有了这样的技术,就好比我们拥有了一台可以定制、复制组织和器官的“人体打印机”。

  超强的功能纤维

  除了医学领域外,电纺丝纤维还可以用在航空航天、净化过滤、光电器件、织物增强及防水、植物杀虫等多个领域。

  例如,由特定的材料制成的电纺丝纳米布,具备质量轻、抗高温、抗辐射等功能,因此可被用作航空航天材料;而由电纺丝织成的半透膜可以选择性过滤特定大小的颗粒或分子,从而达到净化过滤的目的。另外,由于该法制得的纤维直径可达纳米级,多数以无纺布形态出现,因其空隙极小,可阻隔细菌、病毒及有害物质,又因其柔软、透气,可被用于制成一些特殊布料。穿着由这种材料制成的衣服,您甚至可以完全告别洗衣机时代了,由几种特殊粒子附着的纳米纤维织成的衣服不但不会沾染污渍,还具有防菌、抗臭、免清洗功能。