对电纺技术和电喷技术的简单认识

1、1电流体动力学射流技术随着纳米技术的迅速发展，采用电流体动力学（Electrohydrodynamics）射流技 术制备超细纤维和微包囊成为研究热点之一。原理如图1所示，电流体动力学射 流过程中，在喷头与接收装置之间建立一个高压静电场，当电场强度超过临界值 时，喷头处流出的聚合物溶液或熔体在电场力作用下克服自身的表面张力形成一 股带电喷射细流。由于静电排斥作用，带电细流发生高速弯曲或鞭动，随着溶剂 挥发或熔体冷却，最终落在接收装置上形成纤维膜或粒子簇。根据产物形貌的区 别，可将静电射流分为静电纺丝（简称电纺，Electrospinning）和静电喷雾（简称电 喷，Electrospraying

2、）两种形式。电流体动力学射流主要受表面张力、溶液粘度和 导电性等因素的影响。表面张力趋向于使射流缩成球状，电荷斥力趋向于增加射 流的表面积，粘弹力反抗射流外形的急剧改变。电纺和电喷的装置是相同的，区 别在于射流溶液和参数的不同，表面张力较低且易成丝的聚合物溶液适用于电 纺，表面张力较高的聚合物溶液适用于电喷；当使用较低浓度的聚合物溶液时是 电喷，当聚合物溶液浓度增大后变为电纺。射流过程中，射流拉伸分裂，溶剂快 速挥发，雾滴或纤维的直径可缩小至数十纳米，远小于常规方法获取的特征尺寸， 并且该方法一步成型，不需要模板，因此正成为纳米材料研究领域的热点。1.1电纺技术电纺是一种能够制备连续纳米纤维的

3、简单、便捷的加工方法，如图1。目前 已有超过100种不同的高分子聚合物成功地通过该方法实现了纳米纺丝，包括制 备传统人造纤维的合成材料、塑料弹性体和生物降解材料，此外，包括蚕丝和蜘 蛛丝等在内的蛋白质或核酸等生物大分子也可进行电纺。电纺法制备的纤维直径 一般在几十纳米到几微米之间，比传统方法例如熔融纺丝、溶液纺丝、液晶纺丝 和胶体纺丝等制备的聚合物纤维直径小一到两个数量级，因此具有比表面积大、 孔隙率高、长径比大等特点，在高性能吸附、过滤、防护和生物医学等众多领域 具有广泛应用前景。图1电纺装置示意图1.2电喷技术电喷与电纺装置相同，过程相似，如图2所示。液滴从毛细管口喷出，在喷 头和金属板间

4、雾化，经过空气或N2干燥后可收集到单分散的纳/微米颗粒。与传 统的气雾法和机械搅拌法制备聚合物微球技术相比较，电喷能够制备出直径更小 的珠粒，而且珠粒的尺寸可控性好、直径分布较窄，且在电喷的过程中因携带电 荷相互排斥而具有很好的自分散性。Air s jpplyFlow meter图2电喷装置示意图2电纺纤维和电喷微球结构形貌的影响因素电纺纤维中有时会出现一些液滴和珠丝，这是电喷向电纺过渡不完全造成 的。通过增大溶液的浓度提高粘度、向溶液中添加盐或其他物质增强导电性、提 高电压增加表面电荷密度、改变溶剂减少表面张力等措施，可使珠丝减小直至消 失。此外，通过控制溶液浓度、粘度、导电性、表面张力等体

5、系参数和电场强度、 溶液流速、接收距离等过程参数可调控电纺纤维和电喷微球直径。一般而言聚合 物溶液浓度减小，导电率增加，溶液流速减小，电压升高，接收距离增大，都更 容易形成直径较小的纤维，各参数对电纺纤维和电喷微球直径影响如表1所示。表1影响电纺纤维和电喷微球直径大小的参数变化形成直径小的电纺纤维和电喷微球的影响参数影响参数电场强度流体导电率溶剂挥发率表面张力接收距离大小ttttt形成直径大的电纺纤维和电喷微球的影响参数影响参数聚合物溶液浓度聚合物分子量溶液流速针孔直径流体粘度大小ttttt3电纺纤维和电喷微球在生物医学领域的应用细胞外基质(ECM)主要由多糖和纤维蛋白组成，胶原蛋白纤维直径一

6、般介于 50-500 nm之间。电纺纤维直径通常介于数十纳米至数微米之间，纤维膜比表面 积大、孔隙率高且孔相互连通，通过调节聚合物溶液的组成、电纺过程参数、改 进电纺装置和对电纺纤维进行后处理等方式可以控制电纺纤维的结构形貌、力学 性能和生物学功能等。具有这些优异特性的超细纤维膜可在一定程度上仿生 ECM的结构和生物学功能，为细胞的粘附、增殖和分化提供理想的微环境，以 满足组织工程的要求；同时，电纺纤维在组织重建方面还具有其他优势，如：可 包载药物和生长因子等实现局部缓慢释放，促进组织再生。电纺纤维主要用途有以下几个方面：药物释放载体；组织工程支架(骨组织 工程支架、肌腱组织工程支架、神经组织

7、工程支架)。电喷微球主要用途也有以 下几个方面：药物释放载体，生物涂层，诊断治疗。超细纤维与纳/微米球相结合的复合材料在电子、催化、传感器材等方面具 有广阔的应用前景。将银颗粒、羟基磷灰石颗粒、载药微球等具有生物功能的粒 子与超细纤维相结合可制备性能优异的新型组织工程支架材料。将电纺技术与电 喷技术相结合，可一步制备超细纤维和纳/微米球复合材料。参考资料【1】郝秀峰，李振宇，李冬妹，王策.从电纺丝到电喷离子化制备核壳纳米粒 子.高等学校化学学报.2005【2】李晓然.电纺超细纤维及电喷微球的功能化及其生物医学应用.2009【3】许云波，延卫，刘湘鄂，张耀君，郭烈锦.电喷法合成TiO2纳米纤维与 微米球及其光催化制氢性能.西安交通大学学报.2005【4】余松林，俞昊，朱树琦，陈彦模，朱美芳.电喷法制备PC （聚碳酸酯） 微球.2009年全国高分子学术论文报告会.2009【