[发明专利]一种制备三维纤维支架的气泡静电纺丝装置

说明书

技术领域

本发明用于气泡静电纺丝领域，特别是涉及一种制备三维纤维支架的气泡静电纺丝装置。

背景技术

静电纺丝技术是目前世界上使用最普遍的生产纳米纤维的方法。其制备的纳米纤维具有超高的比表面积、极大长径比、高表面活性、优越的机械性能（高强高韧）等特点，在纺织工程、环境工程、生物科技、医疗与卫生健康、能源贮存、军事与反恐安全等不同领域都具有十分广阔的应用前景。

气泡静电纺是一种新型静电纺丝方法，该方法不用传统喷丝头纺丝，而是在聚合物溶液(熔体)中通入气体，吹出大量气泡，气泡在自由液面相当于无数个泰勒锥，这相当于多针头的静电纺丝，从而大大提高了纺丝速率，气泡静电纺在一定程度上可以实现纳米纤维的批量生产。

中国专利CN104762673A提出了一种制备平行纤维的气泡静电纺丝装置，将铜丝导线平行排列，围成一个框，作为收集装置，用以解决气泡纺丝过程中射流不稳，收集杂乱的技术问题，使纤维有序收集在圆栅状辊筒上，形成平行纳米纤维。但是，该方法只适合制备二维结构，收集的纤维呈二维薄膜状，厚度有限。而在组织工程等应用领域，对具备三维结构的纳米纤维支架有更大的需求。

现有技术也提出了几种用于制备三维纳米纤维支架的装置，如专利CN201310026760.5，CN201110234233.4，但是采用针头式电纺，效率极低，产量有限，就限制了其广泛应用，因此大量制备三维纳米纤维支架成为了研究的重点和发展趋势。

针对上述技术问题，本发明提供了一种能制备三维纤维支架的气泡静电纺丝装置，以克服上述缺陷。

发明内容

有鉴于此，为解决上述问题，本发明提供一种制备三维纤维支架的气泡静电纺丝装置，用以解决气泡纺丝过程中难以收集三维纳米纤维和传统静电纺丝制备三维支架效率低的技术问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种制备三维纤维支架的气泡静电纺丝装置，包括料桶、一端延伸入料桶内的第一吹气导管、延伸入料桶内的电极、与第一吹气导管的另一端连接的气压供应装置、与电极连接的高电压发生装置及与料桶出口处位置相对的用以接收射流的敞开式旋转收集装置，所述料桶的外侧套有气筒，所述气筒和料桶间形成环状的气流通道，所述气筒在料桶出口的上方形成与敞开式旋转收集装置相对的出风口，还包括一端延伸入气筒内的第二吹气导管，第二吹气导管的另一端与气压供应装置连接，所述敞开式旋转收集装置包括转轴、可驱动所述转轴转动的传动装置以及设在所述转轴上的若干支撑臂，支撑臂随转轴转动时可形成正对所述料桶出口的碗状回转面，所述敞开式旋转收集装置连接接地电极接地，高电压发生装置可在所述电极和敞开式旋转收集装置间形成产生射流所需的电场。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述支撑臂采用弯曲的金属片或金属杆或塑料杆，各所述支撑臂均匀的分布在所述转轴上并形成碗状的爪结构，所述爪结构在旋转中心处设有与接地电极连接的导体材料。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述传动装置包括输出端与所述转轴相连的电机。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述气筒的顶部口径逐渐收拢并形成锥形的出风口。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述第一吹气导管上设有第一精密气压调节阀，所述第二吹气导管上设有第二精密气压调节阀。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述高电压发生装置包括函数信号发生器和高压放大器。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述敞开式旋转收集装置与料桶出口间的距离可以调节。

本发明的有益效果：本发明在料桶外侧增加一个无盖圆环柱状的气筒，气筒顶部设有出风口，出风口朝向敞开式旋转收集装置。与普通电纺相比，本发明在高压电场和高速气流的共同作用下，生产效率极大地提高，是传统电纺的20-30倍。而且，在高速气流剪力的作用下，形成纳米纤维的启动电压大幅度降低。

同时，根据线动成面的思想，创新地使用敞开式旋转收集装置，将气泡电纺获得的纳米纤维进行三维收集。相比传统滚筒或平板收集器或者其他封闭式收集器，可有效地使高速气流通过，而纤维被旋转接收器拦截收集，从而避免产生反冲气流，影响纤维沉积。相反地，高速气流还可起到沉积导向作用，在气流推力作用下可克服已沉积纤维的残余电荷对后续射流的电荷排斥力，定向辅助气泡纺丝获得的纳米纤维沉积，成为具有较大厚度、具有特定形状、结构的三维纤维支架，解决了三维纤维收集难的问题。获得的支架厚度大、结构蓬松，更有利于细胞生长。