劉倩倩, 吳韶華, 魏 亮, 張弘楠, 覃小紅

(東華大學(xué)a.紡織面料技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；b.紡織學(xué)院, 上海201620)

聚己內(nèi)酯取向納米纖維紗線的制備及其織物的拉伸性能

劉倩倩a, b, 吳韶華a, b, 魏 亮a, b, 張弘楠a, b, 覃小紅a, b

(東華大學(xué)a.紡織面料技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；b.紡織學(xué)院, 上海201620)

以可生物降解的聚己內(nèi)酯(PCL)為原料, 以三氟乙醇(TFEA)為溶劑, 采用改進(jìn)的靜電紡絲(靜電紡紗)技術(shù)成功制備了PCL取向納米纖維紗線.研究了不同靜電紡紗工藝參數(shù)(溶液濃度、電壓、紡絲距離)對(duì)PCL納米纖維紗線的制備以及形態(tài)的影響.選定較優(yōu)的紡紗工藝參數(shù): 溶液質(zhì)量濃度為0.10 g/mL, 紡絲電壓為9 kV, 紡絲距離為20 cm，以該紡紗參數(shù)制得PCL納米纖維紗線, 其平均直徑為180 μm, 內(nèi)部纖維的平均直徑為600 nm, 且納米纖維沿著紗線軸向高度取向排列.將PCL納米纖維紗線應(yīng)用于傳統(tǒng)紡織技術(shù), 以PCL取向納米纖維紗線為緯紗, 以聚乳酸(PLA)微米長絲為經(jīng)紗，制備平紋織物小樣.將該平紋織物和PCL納米纖維膜的拉伸性能和孔徑分布進(jìn)行對(duì)比分析, 結(jié)果表明：平紋織物納米纖維紗線方向的拉伸性能明顯高于PCL納米纖維膜的拉伸性能；另外, 與PCL納米纖維膜相對(duì)比, PCL納米纖維紗線的平紋織物具有大孔徑結(jié)構(gòu), 更有利于細(xì)胞生長, 進(jìn)一步表明其在組織工程領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景.

聚己內(nèi)酯；靜電紡絲；納米纖維紗線；微觀結(jié)構(gòu)；拉伸性能；織物

靜電紡絲是一種直接有效且簡單通用的納米纖維制備工藝方法.靜電紡絲加工的纖維直徑為50～1 000 nm, 其可以有效模擬人體細(xì)胞外基質(zhì)中的纖維形態(tài), 在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景[1-3].然而, 由傳統(tǒng)靜電紡技術(shù)制得的納米纖維主要是以薄膜形式收集到的, 其存在不易于操作和控制、黏附性差、不穩(wěn)定和力學(xué)性能差等缺點(diǎn), 限制了其在生物醫(yī)用領(lǐng)域的應(yīng)用[4].

為了拓寬靜電紡納米纖維材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用, 研究者們開始廣泛關(guān)注納米纖維紗線的制備[5-10].首先, 納米纖維紗線由納米纖維構(gòu)成, 紗線會(huì)保持原有納米纖維的高比表面積的優(yōu)勢(shì)；其次, 納米纖維紗線克服了單根納米纖維力學(xué)性能差的缺點(diǎn), 可以進(jìn)一步編織、復(fù)合、功能化制成各種結(jié)構(gòu)材料、復(fù)合材料、特殊功能材料, 實(shí)現(xiàn)微觀納米纖維的優(yōu)異性能向宏觀材料的轉(zhuǎn)變, 可有效提高納米材料的力學(xué)性能和功能穩(wěn)定性, 增加使用壽命.更為重要的是, 納米纖維紗線可作為基本加工單位用于編織、機(jī)織以及針織等傳統(tǒng)紡織技術(shù)中, 構(gòu)建各種不同構(gòu)型的三維空間納米纖維集合體, 滿足不同組織工程支架材料的需求, 可廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)用材料領(lǐng)域[11].

現(xiàn)有研究表明，由納米纖維組成的纖維束或者紗線在組織工程領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景.文獻(xiàn)[4, 12]把改進(jìn)的靜電紡裝置與傳統(tǒng)紡織結(jié)合, 通過編織的方法制備了力學(xué)性能與天然肌腱相近的支架材料；文獻(xiàn)[13]采用改進(jìn)的靜電紡裝置, 加工了一種“納米紗線”增強(qiáng)的納米纖維膜, 可以促進(jìn)細(xì)胞浸入纖維膜內(nèi)部；文獻(xiàn)[14]通過熱壓的方式把多根納米纖維束加工成圓盤狀的纖維膜, 應(yīng)用于骨組織再生.

聚己內(nèi)酯(PCL)是一種脂肪族的α-聚酯生物可降解聚合物, 具有很好的生物相容性, 可應(yīng)用于組織工程以及藥物緩釋載體等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域[15-18].本文采用筆者課題組自主研發(fā)的靜電紡紗裝置[19-20], 以PCL為原料, 三氟乙醇(TFEA)為溶劑, 探究了PCL取向納米纖維紗線的制備.研究了不同紡紗參數(shù)主要包括PCL質(zhì)量濃度、紡絲電壓以及紡絲距離等, 對(duì)PCL納米纖維紗線的形成以及表觀形態(tài)的影響, 并確定最優(yōu)的紡紗參數(shù).最后, 將PCL納米纖維紗線應(yīng)用于傳統(tǒng)紡織技術(shù), 制備平紋機(jī)織物小樣, 將該平紋織物和PCL納米纖維膜的拉伸性能和孔徑分布進(jìn)行對(duì)比分析, 為其在組織工程方向的應(yīng)用做前期準(zhǔn)備工作.

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)材料

PCL顆粒(Mn=80 000), 購自美國Sigma公司；TFEA, 分析純, 購自阿拉丁試劑網(wǎng).

1.2 PCL納米纖維紗線及其平紋織物的制備

以TFEA為溶劑, 分別配制質(zhì)量濃度為0.08, 0.10, 0.12和0.14 g/mL的PCL紡絲溶液, 在磁力攪拌器上中速常溫?cái)嚢?2 h, 靜置消泡后待用.采用實(shí)驗(yàn)室自主研發(fā)的靜電紡紗裝置紡制不同參數(shù)的PCL納米纖維紗線, 試驗(yàn)中PCL質(zhì)量濃度范圍為0.08～0.14 g/mL, 紡絲電壓的選擇范圍為7～13 kV, 紡絲距離選擇范圍為10～30 cm, 其他紡絲參數(shù)保持不變, 進(jìn)液速率為1 mL/h, 導(dǎo)紗距離為7 cm, 圓盤轉(zhuǎn)速為250 r/min.

在機(jī)織物的織造過程中, 通過調(diào)節(jié)織物的組織結(jié)構(gòu)、經(jīng)緯紗線的原料以及上機(jī)張力, 可以得到強(qiáng)力、孔隙率、表觀形態(tài)以及幾何構(gòu)型可控的纖維集合體.機(jī)織物具備質(zhì)輕且剛?cè)岵?jì)的特點(diǎn).通過調(diào)節(jié)機(jī)織物的微觀結(jié)構(gòu), 使其模仿天然細(xì)胞組織的結(jié)構(gòu)以及拉伸性能特點(diǎn), 從而應(yīng)用于骨組織、軟骨組織、血管支架等多個(gè)領(lǐng)域[21-22].本文采用SGA 598型半自動(dòng)織樣機(jī), 以PCL取向納米纖維紗線為緯紗, 以聚乳酸(PLA)微米纖維紗線作為經(jīng)紗, 制得了平紋織物小樣(本文中簡稱平紋織物, 下同), 如圖1所示.

圖1 平紋織物實(shí)物及ESEM圖Fig.1 Photos and ESEM image of the plain weaving fabric

1.3 PCL納米纖維紗線及其平紋織物的性能測(cè)試

采用環(huán)境掃描電子顯微鏡(ESEM, QUANTA250, FEI)觀察PCL納米纖維紗線以及制得的織物小樣的表觀形態(tài), 樣品在觀察前先采用自動(dòng)噴金裝置(JEOLJFC-1200Auto Fine Coater, Japan)進(jìn)行噴金處理, 根據(jù)PCL納米纖維紗線的ESEM圖, 采用圖像處理軟件Photoshop CS3測(cè)量并計(jì)算納米纖維紗線及其內(nèi)部纖維的直徑, 分別隨機(jī)抽取50個(gè)不同的位置進(jìn)行測(cè)量.

采用XQ-2型纖維強(qiáng)度儀測(cè)試PCL取向納米纖維紗線的拉伸性能.每個(gè)試樣各取20組, 其中PCL納米纖維膜和平紋織物小樣需制成30 mm×5 mm的長條. 試樣夾持長度為10 mm, 拉伸速度為10 mm/min, 初始張力為0.2 cN.在PCL納米纖維膜與平紋織物的拉伸性能對(duì)比測(cè)試時(shí), 采用Instron萬能強(qiáng)力試驗(yàn)機(jī)對(duì)試樣進(jìn)行測(cè)試, 為了避免試樣在拉伸過程中產(chǎn)生滑移, 用雙面膠將試樣固定在中間鏤空的紙板上, 一旦將試樣加載到試樣夾的兩端, 需剪開硬紙板, 使試樣能夠自由移動(dòng).

采用多孔材料孔徑儀分析測(cè)試表征納米纖維膜和機(jī)織物的孔徑分布情況.將納米纖維膜剪成直徑為40 mm的圓片, 用二甲基硅油完全浸潤, 通過測(cè)量納米纖維膜受到的瞬時(shí)壓力和流經(jīng)膜孔隙的氣體流量, 分析孔徑分布范圍，獲得納米纖維膜和平紋織物的孔徑分布柱狀圖.

2 結(jié)果與討論

2.1 PCL質(zhì)量濃度

2.1.1 PCL質(zhì)量濃度對(duì)紗線形成以及形態(tài)的影響

為探討PCL質(zhì)量濃度對(duì)納米纖維紗線形成以及表觀形態(tài)的影響, 所選質(zhì)量濃度為0.08～0.14 g/mL.試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn), 當(dāng)PCL質(zhì)量濃度低于0.08 g/mL 或高于0.14 g/mL 時(shí), 均無法正常紡紗.這種現(xiàn)象在靜電紡納米纖維膜的制備過程中同樣存在[23-25], 聚合物溶液存在合適的可紡黏度, 過低或過高的溶液濃度都無法形成納米纖維.當(dāng)PCL質(zhì)量濃度為0.08～0.14 g/mL時(shí), 形成的射流和紡紗三角錐穩(wěn)定, 可以制得連續(xù)的納米纖維紗線.研究表明PCL質(zhì)量濃度對(duì)納米纖維紗線的形成具有顯著影響.

不同質(zhì)量濃度PCL溶液制得的納米纖維紗線的ESEM圖如圖2所示.由圖2可知, 在不同PCL質(zhì)量濃度下制得的納米纖維紗線中, 大部分纖維均沿紗線的軸向排列, 纖維間的抱合力較強(qiáng), 所以PCL質(zhì)量濃度對(duì)納米纖維紗線的取向排列影響不大.PCL質(zhì)量濃度為0.08 g/mL時(shí), 紗線中的納米纖維有少量串珠出現(xiàn). 這可能是由于溶液黏度較小, 從噴絲口噴出的溶液難以形成持續(xù)的細(xì)流, 在電場(chǎng)中不能被完全拉伸, 從而形成串珠狀纖維.

圖2 不同PCL質(zhì)量濃度下制得的納米纖維紗線的ESEM圖Fig.2 ESEM images of PCL nanofiber yarns produced with different mass concentrations of PCL

不同PCL質(zhì)量濃度下紡制的納米纖維紗線及其內(nèi)部纖維的平均直徑如圖3所示.由圖3可知, 隨著紡絲溶液中PCL質(zhì)量濃度的增加, 納米纖維和紗線的平均直徑均呈現(xiàn)不斷增加的趨勢(shì).

圖3 不同PCL質(zhì)量濃度下制得的納米纖維紗線及其內(nèi)部纖維的平均直徑Fig.3 Average diameters of yarns and nanofibers produced with different mass concentrations of PCL

2.1.2 PCL質(zhì)量濃度對(duì)紗線拉伸性能的影響

不同PCL質(zhì)量濃度下紡制的紗線拉伸性能測(cè)試結(jié)果如表1所示.由表1可知, 隨著紡絲溶液中PCL質(zhì)量濃度的增加, 紗線的斷裂強(qiáng)度和初始模量呈不斷下降的趨勢(shì).這是由于一方面, 當(dāng)紡絲溶液中PCL質(zhì)量濃度較低時(shí), 紗線中納米纖維之間有輕微的粘連現(xiàn)象發(fā)生, 這些黏結(jié)點(diǎn)有利于紗線強(qiáng)度的提高；另一方面, 當(dāng)紡絲溶液中PCL質(zhì)量濃度較高時(shí), 紗線以及其內(nèi)部納米纖維的直徑均增大, 根據(jù)弱節(jié)理論, 出現(xiàn)疵點(diǎn)的概率增大, 導(dǎo)致紗線的拉伸性能變差.

表1 不同PCL質(zhì)量濃度下制得的納米纖維紗線的拉伸性能Table 1 Tensile properties of the PCL yarns produced at different mass concentrations

2.2 紡絲電壓

2.2.1 紡絲電壓對(duì)紗線形成以及形態(tài)的影響

紡絲電壓對(duì)納米纖維的生產(chǎn)、紡紗三角錐的形成以及穩(wěn)定具有顯著的影響.當(dāng)紡絲電壓低于7 kV時(shí), 較低的靜電力不能使射流得到充分的牽伸, 產(chǎn)生的射流較弱, 噴絲頭前的紡絲溶液的液滴掉落, 同時(shí)噴絲頭溶液堵塞, 難以形成穩(wěn)定的紡紗三角錐, 不利于紡紗過程的順利進(jìn)行.當(dāng)紡絲電壓高于13 kV時(shí), 由于電壓過大, 會(huì)產(chǎn)生放電現(xiàn)象, 使得射流不穩(wěn)定, 納米纖維紊亂, 聚集在纖維收集裝置上的納米纖維量則顯著減少, 無法形成穩(wěn)定的紡紗三角錐.

不同紡絲電壓下紡制的PCL納米纖維紗線的ESEM圖如圖4所示.由圖4可知： 隨著紡絲電壓的升高, 紗線中纖維的表面形態(tài)變得更加均勻；紡絲電壓為7 kV時(shí), 紗線中纖維表面出現(xiàn)黏結(jié)現(xiàn)象, 卷曲狀的纖維相對(duì)較多, 這可能主要因?yàn)殡妷狠^小, 射流的分化程度比較低, 容易造成部分纖維的卷曲.

圖4 不同紡紗電壓下制得的納米纖維紗線的ESEM圖 Fig.4 ESEM images of PCL nanofiber yarns produced at different voltages

不同紡絲電壓下制得的納米纖維紗線以及內(nèi)部纖維的平均直徑如圖5所示.由圖5可知, 納米纖維及其紗線的平均直徑隨著紡絲電壓的增加均呈現(xiàn)先降低后增大的趨勢(shì).這是由于: 隨著電壓的增加, 紡絲區(qū)域的電場(chǎng)強(qiáng)度增大, 射流受到的靜電力增加, 進(jìn)而纖維的直徑減小(前者)；同時(shí), 電壓增加導(dǎo)致更多的聚合物溶液從射流泰勒錐的尖端噴出, 引起纖維直徑的增大(后者).在本文中, 當(dāng)紡絲電壓較低時(shí), 前者的影響大于后者, 然而當(dāng)紡絲電壓較高時(shí), 后者的影響大于前者.由于紗線是由納米纖維構(gòu)成的, 所以紗線的直徑變化和纖維的平均直徑變化趨勢(shì)一致.

圖5 不同紡絲電壓下制得的納米纖維紗線及其內(nèi)部纖維的平均直徑Fig.5 Average diameters of yarns and nanofibers produced at different voltages

2.2.2 紡絲電壓對(duì)紗線拉伸性能的影響

不同紡絲電壓下制得的納米纖維紗線的拉伸性能如表2所示.由表2可知, 隨著電壓的增加, 紗線的斷裂強(qiáng)度呈先增大后減小趨勢(shì), 9 kV時(shí)斷裂強(qiáng)度最大.這可能是因?yàn)楫?dāng)電壓高于9 kV時(shí), 纖維的直徑不斷增大, 紗線的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對(duì)比較疏松, 在拉伸斷裂測(cè)試中, 紗線斷裂主要是纖維之間的滑移, 從而纖維的斷裂強(qiáng)度減小.

表2 不同紡絲電壓下制得的納米纖維紗線的拉伸性能Table 2 Tensile properties of the PCL yarns produced at different voltages

2.3 紡絲距離

2.3.1 紡絲距離對(duì)紗線形成以及形態(tài)的影響

本文中兩針頭之間的距離定義為紡絲距離.當(dāng)紡絲距離小于10 cm或者大于30 cm時(shí)均無法形成穩(wěn)定的紡紗三角錐, 導(dǎo)致納米纖維紗線不可紡.

不同紡絲距離下制得的PCL納米纖維紗線的ESEM圖如圖6所示.由圖6可知, 紡絲距離的增大, 對(duì)納米纖維紗線的取向沒有顯著影響,不同紡絲距離下制得的納米纖維紗線的取向均能保持在較好狀態(tài).

圖6 不同紡絲距離下制得的納米纖維紗線的ESEM圖Fig.6 ESEM images of PCL nanofiber yarns produced at different needle distances

不同紡絲距離下制得的納米纖維紗線及其內(nèi)部纖維的平均直徑如圖7所示.由圖7可知, 隨著紡絲距離的增加, 納米纖維直徑先增大后減小, 紗線的直徑基本保持不變.對(duì)于納米纖維以及紗線直徑的變化機(jī)理可作如下解釋: 紡絲距離增大后, 使紡絲區(qū)域中的電場(chǎng)強(qiáng)度降低, 射流在運(yùn)動(dòng)過程中所受到的電場(chǎng)力減小, 射流的分化減弱, 使最后形成的納米纖維直徑增大(前者)；紡絲距離增大后, 射流的運(yùn)動(dòng)軌跡增大, 射流的分化時(shí)間增大, 導(dǎo)致最終纖維直徑的減小(后者).本文中, 當(dāng)紡絲距離較小時(shí)即紡絲距離小于20 cm時(shí), 前者的影響略大于后者, 當(dāng)紡絲距離大于20 cm時(shí), 后者的影響大于前者.紡絲距離對(duì)納米纖維紗線的直徑影響不顯著.

圖7 不同紡絲距離下制得的納米纖維紗線及其內(nèi)部纖維的平均直徑Fig.7 Average diameters of yarns and nanofibers produced at different needle distances

2.3.2 紡絲距離對(duì)紗線拉伸性能的影響

不同紡絲距離下制得的納米纖維紗線的拉伸性能如表3所示.由表3可知, 隨著紡絲距離的增加, 紗線的斷裂強(qiáng)度呈先增加后減小趨勢(shì).由于當(dāng)紡絲距離較高時(shí), 紗線中的纖維的取向基本保持不變, 則纖維沿紗線軸向的抱合力會(huì)提高, 導(dǎo)致紗線的斷裂強(qiáng)度較高；繼續(xù)增加紡絲距離, 射流中的部分納米纖維飛散到空氣中, 無法進(jìn)入紡紗三角區(qū), 紗線的直徑基本保持不變, 則纖維沿軸向的抱合力減小, 從而紗線的斷裂強(qiáng)度減小.

表3 不同紡絲距離制得的納米纖維紗線的拉伸性能Table 3 Tensilel properties of the PCL yarns produced at different needle distances

2.4 優(yōu)化參數(shù)下紡制PCL取向納米纖維紗線

綜合不同紡紗工藝參數(shù)對(duì)PCL納米纖維紗線平均直徑及其內(nèi)部纖維平均直徑的影響，對(duì)比分析可知: PCL質(zhì)量濃度、紡絲電壓和紡絲距離等因素對(duì)納米纖維直徑具有顯著影響, 隨著這3種參數(shù)不斷增大, 納米纖維直徑最終均呈不斷增大趨勢(shì), 紡絲距離對(duì)納米纖維紗線的直徑影響不大；工藝參數(shù)對(duì)納米纖維紗線的取向影響不明顯, 所得納米纖維紗線均能呈現(xiàn)較好的取向狀態(tài).綜合考慮確定紡制PCL取向納米纖維紗線的最優(yōu)工藝參數(shù): PCL質(zhì)量濃度為0.10 g/mL, 紡絲電壓為9 kV, 紡絲距離為20 cm.

2.5 平紋織物拉伸性能測(cè)試及孔徑分布

2.5.1 拉伸性能

拉伸性能對(duì)于支架材料在組織工程領(lǐng)域中的應(yīng)用有很大的影響, 本文將PCL納米纖維膜與平紋織物緯向拉伸性能進(jìn)行對(duì)比分析,測(cè)試結(jié)果如表4所示.由表4可知, 平紋織物緯向的斷裂強(qiáng)度和初始模量均明顯大于納米纖維膜, 可以滿足組織工程的基本拉伸性能要求, 證明所紡制的納米纖維紗線可用來構(gòu)建具有多維且多樣性的納米纖維支架材料.納米纖維膜與平紋織物緯紗方向的典型應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖8所示.

表4 PCL納米纖維膜和平紋織物緯向的拉伸性能Table 4 Tensile properties of PCL nanofiber mat and nanofiber yarns-constructed direction of the plain weaving fabric

圖8 平紋織物緯向和PCL納米纖維膜的典型拉伸曲線圖Fig.8 Typical stress-strain curves of PCL nanofiber mat and nanofiber yarns-constructed direction of the plain weaving fabric

2.5.2 孔徑分布

PCL納米纖維膜和平紋織物的孔徑分布圖如圖9所示.由圖9(a)可知, 納米纖維膜的孔徑為0.465～ 9.514 μm, 平均孔徑為0.860 4 μm, 孔徑尺寸較?。挥蓤D9(b)可知, 平紋織物的孔徑為6.812～146.3 μm, 平均孔徑為9.602 μm, 孔徑尺寸較大.由文獻(xiàn)[26-27]可知, 納米纖維膜的孔徑太小, 不利于細(xì)胞的附著、增殖及滲透生長, 平紋織物結(jié)構(gòu)具有孔徑大、孔隙率高的特點(diǎn), 更有利于細(xì)胞附著、增殖、滲透生長到內(nèi)部, 以取向納米纖維紗線為緯紗, 增加了細(xì)胞的附著點(diǎn), 克服了納米纖維膜不易操作和控制、黏附性差和力學(xué)性能差等缺點(diǎn), 在組織工程等生物醫(yī)用領(lǐng)域具有廣闊前景.

圖9 平紋織物和純PCL納米纖維膜的孔徑分布圖 Fig.9 Pore sizes distribution of PCL nanofiber mat and plain weaving fabric

3 結(jié) 語

本文采用靜電紡紗技術(shù),在不同工藝參數(shù)下制備了一種新穎的PCL取向納米纖維紗線.通過ESEM圖對(duì)紗線的表觀形態(tài)進(jìn)行對(duì)比研究可知： PCL質(zhì)量濃度、紡絲電壓和紡絲距離等因素對(duì)納米纖維直徑具有顯著影響, 隨著這3種參數(shù)不斷增大, 納米纖維直徑最終均呈不斷增大趨勢(shì), 紡絲距離對(duì)納米纖維紗線的直徑影響不大；工藝參數(shù)對(duì)納米纖維紗線的取向影響不明顯, 所得納米纖維紗線均能呈現(xiàn)較好的取向狀態(tài).確定最優(yōu)的紡紗工藝參數(shù): PCL質(zhì)量濃度為0.10 g/mL, 紡絲電壓為9 kV, 紡絲距離為20 cm.在該工藝參數(shù)下, 可制得纖維直徑在600 nm左右、紗線直徑在180 μm左右且取向度良好的PCL納米纖維紗線.結(jié)合傳統(tǒng)紡織技術(shù), 以PCL取向納米纖維紗線為緯紗、以傳統(tǒng)PLA微米長絲為經(jīng)紗, 成功地制備了平紋織物小樣, 將平紋織物緯向的拉伸性能和PCL納米纖維膜進(jìn)行對(duì)比分析, 結(jié)果表明由PCL納米纖維紗線構(gòu)成的織物緯向的拉伸性能明顯高于PCL納米纖維膜的拉伸性能, 另外, 通過小樣平紋織物和納米纖維膜孔徑分布對(duì)比, 得到平紋織物小樣具有大孔徑結(jié)構(gòu), 更有利于細(xì)胞向支架內(nèi)部生長, 進(jìn)一步證明其在組織工程、藥物可控釋放等生物醫(yī)用領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景.

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PreparationofHighlyAlignedPolycaprolactoneNanofiberYarnandTensilePropertiesofItsFabric

LIUQianqiana, b,WUShaohuaa, b,WEILianga, b,ZHANGHongnana, b,QINXiaohonga, b

(a.Key Laboratory of Textile Science & Technology, Ministry of Education;b.College of Textiles, Donghua University, Shanghai 201620, China)

Highly aligned polycaprolactone (PCL) nanofiber yarns were continuously prepared from PCL/trifluoroethanol(TFEA) solution by utilizing a novel modified electrospinning method. The effects of different spinning parameters, including solution concentration, applied voltage, and distance between two needles, were investigated on yarn formation and morphology of the nanofibers and the yarns. The results show that the more optimal electrospinning parameters are solution mass concentration 0.10 g/mL, applied voltage 9 kV, distance between two needles 20 cm, and the highly aligned PCL nanofiber yarns with average diameter of yarns and internal fibers at 180 μm and 600 μm respectively can be obtained. Then, the as-prepared PCL nanofiber yarns were employed to prepare plain weaving fabric by traditional textile technique, using PCL nanofiber yarns as weft and polylactic acid (PLA) micro-filament yarns as warp. Tensile properties and pore size distribution were compared between PCL nanofiber yarns-based weaving fabrics and PCL nanofiber mats. The results show that the nanofiber yarns-constructed direction of the weaving fabrics shows higher mechanical performances than that of nanofiber mats. Furthermore, the plain weaving fabrics possess larger pore sizes in comparison with random nanofiber mats, which facilitates the growth of cells, and furtherly demonstrates that PCL nanofiber yarns are great of interesting for the application in tissue engineering.

polycaprolactone; electrospinning; nanofiber yarn; microstructure; tensile property; fabric

1671-0444 (2017)05-0617-08

2016-05-19

長江學(xué)者(青年學(xué)者)計(jì)劃資助項(xiàng)目；國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51373033，11172064)；教育部重點(diǎn)支持資助項(xiàng)目(113027A)；上海市科委“揚(yáng)帆計(jì)劃”資助項(xiàng)目(14Y1405100)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)基金資助項(xiàng)目；東華大學(xué)勵(lì)志計(jì)劃資助項(xiàng)目

劉倩倩(1989—)，女，河南鹿邑人，碩士研究生，研究方向?yàn)殪o電紡絲.E-mail：liuqq526@163.com

張弘楠(聯(lián)系人)，男，講師，E-mail：hnzhang@dhu.edu.cn

TQ 342. 87

A

(責(zé)任編輯:楊靜)