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2022年最新纳米纱线最新综述:电纺纱线在生物医学领域中的应用综述


目录

1.电纺纳米纤维的特点

2电纺纳米纱线的制造工艺

3.电纺纳米纱线的应用

4.纳米纱线的展望

5.产品介绍

 

1.电纺纳米纤维的特点

在过去的二十年中,静电纺丝被认为是一种可行且通用的纺丝方法,能生产直径从几纳米到几百纳米的纤维,跟传统熔体,干燥和湿法纺丝,静电纺丝纳米纤维的直径更小,表面积更大,并在天然细胞外基质中,纳米纤维模拟出的特性使电纺纳米纤维成为生物医学应用的理想材料之一。

 

2.电纺纳米纱线的制造工艺

将电纺纳米纤维转化为纱线状结构的想法,即纳米纱线,由Anton Formhals 于1934年首次提出。然而,直到1990年,静电纺丝技术才在纳米科学界重新获得关注。

图1 不同类型的静电纺丝纳米纱线纳米纤维沿纱线纵向单轴排列(A,B),高捻度的纳米纱线(C,D),具有芯鞘结构的电纺纳米纤维涂层微纤维包覆纱(E,F)

 

2.1以不连续方式制造静电纺丝纳米纱线

众所周知,所有的纺丝方法都包括一种必要的喷射拉伸工艺以此来细化和固化纤维。跟传统的熔体纺丝,干法纺丝和湿法纺丝相比,静电纺丝过程中复杂的三维搅打和弯曲不稳定性引起的巨大拉伸力被用于拉伸和固化聚合物喷嘴,以此来形成直径为几百纳米的纤维。

虽然现在设计并实施了各种静电纺丝方法来制造纳米纱线,但是由于纱线长度有限,将它们进一步应用于大规模纺织品制作是不现实的。因此,目前的趋势是开发出能够以连续方式制造电纺纳米纱线的设备。

 

2.2以连续方式制造静电纺丝纳米纱线

理想的电纺纳米纱线不仅要具有高纳米纤维排列和出色的纱线均匀度,还应具有适当的机械性能,用来满足各种纺织品成型的制造要求。加捻和热拉伸过程都是提高电纺纳米纱线机械性能的有效方法。虽然加捻过程可以通过利用物理力来改善电纺纳米纱线的摩擦和粘附,但是热拉伸过程更加明显的增加了电纺纳米纱线的纤维排列和结晶度,从而改善机械性能。

 

3.电纺纳米纱线的应用

目前,已经有多篇研究文献证明纳米纤维纱线在生物医学中具有广泛的适用性。

 

图2 基于静电纺丝纳米纱线的生物纺织品的制造及其在各种生物医学领域的应用。

 

3.1疫情流行的口罩

从新冠疫情的突然爆发到现在的全球公共医疗危机,口罩已经成为了我们日常中必不可少的防护用品。

基于静电纺丝纳米纱线的纺织品可以用来作为过滤层来构建自供电口罩,这可能解决一次性口罩的一些致命问题。一些具有摩擦/压电特性的聚合物,例如 PVDF、PVDF-TrFE 和 PVDF-HFP,可以制造成基于静电纺丝的纳米纱线,并进一步构建成用于面罩应用的织物形过滤层。跟商业熔喷纤维过滤器相比,纳米纤维过滤器的纤维直径明显更小,表面积增加,过滤效率提高。值得注意的是,同样的设计理念也适用于新型防护服的研发与制备。

图3 商品化的口罩通常由三层制成,即覆盖层、过滤层和防护层

 

3.2手术缝合线

手术缝合线是广泛使用且必不可少的医疗材料,经常用于闭合受伤组织并在临床手术后支持组织愈合。有研究团队为了解决商用缝合线纤维形态和尺寸不匹配的关键问题进行研究,结果表明,纳米纤维缝合线上的新生血管明显高于商用微细纤维缝合线对照组。

图4 一些用于外科缝合应用的代表性载药静电纺纱的设计和开发。

 

3.3肌腱组织

肌腱组织是一种致密的结缔组织,沿其纵轴呈现分层纤维组织,对于天然肌腱组织分层纤维结构的复制对于肌腱组织工程中支架和移植物的设计具有重要意义。现有研究表明,通过调整纱线编织密度,编织出的纳米纺织品表现出可控的孔径、孔隙率以及机械和生物性能。与典型的随机和排列的电纺纳米纤维垫相比,通过显着增加肌腱细胞相关标记的基因表达水平,发现编织纳米织物明显增强了干细胞的肌腱分化。

图5 用于促进肌腱分化和肌腱再生的电纺纳米纱线及其生物织物。

 

4.纳米纱线的展望

现有的研究已经清楚地证明了使用电纺纳米纱线及其纳米织物代替目前现有用于各种生物医学应用的潜力和可能性。所以更要在关于组成,形态,结构和生物学性质优化的几个重要问题深入研究,使其纳米织物能大规模生产并加速其临床转化。

 

引用:doi.org/10.1016/j.apmt.2022.101473

 

 

5.产品介绍

多功能静电纺丝机E04基于静电纺丝制备纳米纤维,可用于多种天然或人工聚合材料的纺丝制造。可选配纳米纤维纱线系统,配备共轭纺丝系统,可制备一定取向度的纳米纤维纱线。

多功能静电纺丝机E04:https://www.qingzitech.com/pro_detail/electrospinning_device_e04.html

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