納米纖維氈及其產生方法

專利名稱：納米纖維氈及其產生方法
技術領域：
本發明涉及包括多成分纖維氈的纖維氈領域，以及形成該種氈的工藝。
相關技術說明
纖維和納米纖維正在藥物學、纖維、催化、服裝、和醫療工業中 尋找新的應用。已經把諸如電紡等技術用于形成纖維和納米纖維。例 如，已經把諸如電紡技術用于形成沿主方向小至數納米的纖維。電紡 現象包含在針的一端形成聚合物的小液滴，使該小液滴在施加的電場 中帶電，然后把聚合物從小液滴抽出，進入圍繞針尖的環境，以便從針尖拉制聚合物材料的纖維。
制成亞微米范圍的玻璃纖維已經有些時間了 。制成小的微米直徑的纖維并在商業上用于空氣過濾應用，已經超過20年。聚合物融化 吹制的纖維，最近已經以小于一微米的直徑產生。若干增值的無紡的 應用，包括過濾、防護布、抹布、個人護理、醫療、和藥物學等應用， 可以從納米纖維及納米纖維絲網的有用技術性質獲益。已被電紡的納 米纖維，沿一個方向有小于l iam的尺寸，且最好沿該方向的尺寸小 于100nm。納米纖維絲網通常敷貼在各種襯底上，選擇這些襯底，是 為了提供適當的機械性質和向納米絲網提供補充的功能。在納米纖維 過濾器媒質的情形中，如在美國專利U.S. Pat. No. 6,673,136中所述， 已經為打褶、過濾器制作、使用的持久性、和過濾器清潔等考慮而選 擇襯底，本文引用該專利全部內容，供參考。
電紡的常規技術，可以產生在整個氈中有均勻化學組分的纖維或 納米纖維的氈。即使電紡媒質(即液體或溶解的聚合物)是各種聚合 物的混合，產生的纖維在得到的纖維氈的任何給定位置上，也有均勻 的組分，就是說，任何點上的組分，由電紡時聚合物成分確定。此外， 常規的電紡技術，在得到的纖維氈中任何點上，產生均勻纖維粗細的 纖維，而作為電紡裝置上預設的因素，諸如電場強度和干燥速率，確 定產生的纖維粗細。
最近，Smith等人在美國專利U.S. Pat, No. 6,753,454中說明一種 同時或依次從多個含聚合物的儲罐中電紡纖維的技術，本文引用該專 利全部內容，供參考。在該技術中，用于電紡的儲罐，通過開關連接 到產生必要的電場的公共電源，電紡借助該必要的電場進行。這樣， 從分開的儲罐來的已被電紡的纖維，被收集到公共的地電極上。Smith 等人說明一種合金纖維氈在醫療衣著中的用途，在該醫療衣著中，纖 維復合物的一側，主要是一組親水性纖維，而另一側主要是一組疏水 性纖維。Smith等人還說明一種形成醫療衣著的聚合物膜，它一般由 多種電紡的纖維按配方制造，這些電紡纖維，來自各種親水性聚合物 和至少是弱疏水性聚合物的任何基本上均勻的混合物，這些聚合物能與醫療上重要傷口處理的添加劑，以任何數量隨意共混，這些添加劑
包括止痛的和其他醫藥學或治療的添加劑。例如，Smith等人說明適 合供電紡成纖維的聚合物材料，包括可吸收和/或可生物降解的聚合物 物質，該物質可與選擇的有機或液狀溶劑反應，或可迅速干燥。Smith 等人還說明，基本上任何有機或液狀可溶聚合物，或該種聚合物在適 合傷口局部治療處理的可溶添加劑或不可溶添加劑中的任何分散，都 可以釆用。
Smith等人設備的示意表示，在圖1中畫出。圖l畫出一種用于 產生纖維氈的電紡設備IO。"纖維氈，，一詞，定義通過纖維接纖維地相 互連上而形成的許多纖維。在纖維氈中相應的纖維，可以與該纖維氈 中其他纖維互相混合，也可以分開。 一般的情形是，電紡設備10產 生相互間弱粘附的纖維。
圖l所示的電紡設備，能夠從分開的電紡裝置產生纖維氈。電紡 設備10有兩個各產生相同電場12的電紡裝置10a和10b,該電場把 從擠出單元18的尖16擠出的聚合物融液或溶液14抽出，送至收集 電極20。在每一電紡裝置10a和10b中，外殼/注射器22存儲聚合物 溶液14。電壓電源24的一個電極，通過導線26在電上連接到每一電 紡裝置10a和10b，而電壓電源24的另一個電極，在電上與地連接。 開關25把電紡裝置10a和10b 二者之一與電壓電源24連接。在尖16 和收集電極20之間的電場12，使聚合物溶液14克服把聚合物溶液保 持在一起的內聚力。物質14的射流，被該電場12從尖16向收集電 極20拉出(即，電場抽出)，并從擠出單元18到收集電極期間，在 纖維抽出區27千燥，形成聚合物纖維，該聚合物纖維在下游的收集 電極20上被收集。
但是，從圖l設備產生的纖維，由于被電紡的物質有相同的電極 性，隨著在收集電極20上把纖維合并一起時，導致被收集的纖維相 互排斥，使構成纖維氈的纖維之間缺乏粘附性。

發明內容
本發明的一個目的，是提供用于產生纖維氈的設備和方法。
本發明的另一個目的，是提供有第一和笫二纖維混雜區的纖維氈。
本發明的另一個目的，是提供有第一直徑的第一纖維和有第二直 徑的笫二纖維的纖維氈，該第二直徑不同于第一直徑。
本發明的另一個目的，是提供有第一材料制造的第一纖維和第二 材料制造的第二纖維的纖維氈。
按照本發明的一個方面，是提供一種新穎的設備，它包括第一電 紡裝置、第二電紡裝置、和加偏壓裝置，該第一電紡裝置構造成能電 紡笫一種物質的第一纖維，該第二電紡裝置構造成能電紡笫二種物質 的第二纖維，該加偏壓裝置構造成能以第一電極性對第一電紡裝置加 偏壓，又以與第一電極性相反的第二電極性對第二電紡裝置加偏壓， 為的是改善第一和第二纖維之間的吸引和合并，以便第一和第二纖維 在氈形成區中組合。
按照本發明的第二方面，是提供一種用于產生纖維氈的新穎的方法，該方法包括在第一電極性下電紡第一物質的第一纖維；在第二 電極性下電紡第二物質的第二纖維；和合并第一和第二纖維，形成纖 維氈。
按照本發明的第三方面，是提供一種新穎的纖維氈，該種氈有許多第一和第二纖維混雜其中；有至少(2.5Xl013) /d2的纖維/cm2的橫截面纖維密度，這里d的值按nm給定，小于500 nm，并表示沿該許 多第一和第二纖維中一種纖維長度的平均直徑d。
按照本發明的第四方面，是提供一種新穎的復合纖維氈，它包括 至少第一和第二纖維之一，和沿該至少第一和笫二纖維之一的縱向， 直接粘附于纖維表面的粒子，該粒子被該至少第一和第二纖維之一的 纖維材料粘附。
應當指出，本發明前面的一般說明和后面的詳細說明，都是示例 性的，不是對本發明的限制。


結合附圖參考下面的詳細說明而對本發明有更好的了解后，容易
獲得對本發明更全面的評價及其許多伴隨的優點，附圖中
圖l是常規電紡設備的示意表示；
圖2按照本發明一個實施例，畫出有豎直擠出單元的雙電紡設備 的示意表示；
圖3按照本發明一個實施例，畫出纖維分布的示意表示；
圖4是本發明一個實施例的雙電紡設備的示意表示，該設備有形成偏離豎直方向預定角度的擠出單元；
圖5A按照本發明一個實施例，畫出多組分纖維氈的示意表示；
圖5B是按照本發明產生的氈區中，纖維的SEM顯微照片；
圖5C-5E畫出本發明的纖維氈在對應于第一端、中心部分、第
二端的區中，纖維分布的示意表示；
圖6A按照本發明另一個實施例，畫出使用多個擠出單元的電紡
設備的示意表示；
圖6B按照本發明另一個實施例，畫出有粒子傳送裝置的電紡設
備的示意表示；
圖7A按照本發明另一個實施例，畫出有相對的粒子傳送裝置的 電紡設備的示意表示；
圖7B是本發明的粒子/纖維的SEM顯微照片；
圖8是流程圖，表明本發明的方法。
具體實施例方式
現在參考附圖，其中各個視圖自始至終用相同參考數字表示相同 或對應的部分，尤其是參考圖1，本發明的發明人已經確定，在圖1 設備形成的纖維之間， 一種缺乏粘附性的效應是，纖維絲網往往斷裂 成更小的部分。產生缺乏粘附性的一個因素，來源于電源24提供的 公共電勢源。本發明的發明人已經發現，如果纖維絲網的纖維，是在 絲網中各個纖維上有相反電荷的狀態下收集，能夠克服上述缺點。因此，在本發明的一個實施例中，兩個電紡裝置(即，第一電紡裝置和 第二電紡裝置)工作在相反電極性上。結果是，相應的已被電紡的纖 維有相反電荷，并在氈形成區中相互靜電吸引。
因此，在本發明的一個實施例中，即圖2中畫出的設備ll，至 少包括兩個電紡裝置lla和llb。設備11是多電紡設備，并構造成能 產生由不同組分的纖維形成的纖維氈。電紡裝置lla和llb，可以是 任何有必要的加相反偏壓的已知電紡裝置。在本發明的一個實施例 中，電紡裝置lla和lib彼此相對放置，任選的收集電極20設置在 電紡裝置lla和llb之間。此外，電紡裝置lla可以通過與接地電源 24a連接的導線26a,連接到第一高壓電源24a。同樣，電紡裝置lib 可以通過與接地電源24b連接的導線26b,連接到第二高壓電源24b。 電紡裝置lla和lib的被電紡物質，在對應的纖維形成區18a和18b 中成為纖維，然后，這些纖維在氈形成區合并，如果存在收集電極20 的話，該氈形成區由收集電極20定義。如果不存在不可透過的收集 電極，則纖維相互吸引，并在合成電勢為零的區內收集成氈。收集電 極可以有任何適合收集纖維的取向，并選擇與纖維氈需要的形狀相符 的形狀。收集電極20的示例性形狀，包括但不限于鉤、環、絲網、 和/或網格。
纖維氈的形成，在參考圖2設備的示例性例子中說明，但它不是 對本發明的限制。圖2的兩個電紡裝置lla和lib同時擠出相應的電 紡媒質14。在每一裝置lla和lib中使用的電紡媒質14，可以因本 例的目的而不同。在電紡媒質14從擠出單元18a和18b擠出之后， 由于纖維的相反電荷，被電紡的物質彼此相向運動并相互吸引。接觸 后，纖維保持粘附狀態并如果存在收集電極的話，被收集電極收集。 通過把收集電極20接地，帶電的纖維將不再相互靜電吸引，但還吸 附在收集20上。
兩個電源24a和24b可以相同也可以不同。這些電源獨立地控制 每一個電紡裝置lla和lib的電勢。電源24a和24b構造成能向裝置 lla和llb提供相反的極性。這些電源構造成能以設備的幾何結構， 輸送10,000到500,000 V/m的電場強度。
在這種配置中，電紡裝置lla產生的纖維向著電紡裝置llb產生 的纖維擠出。當兩個裝置的纖維，例如由于各自纖維上相反的電荷而相互吸引并碰撞時，按照本發明一個方面，這些纖維形成有高的纖維 到纖維的粘附性和高度相互穿透性的纖維氈。
在本發明的一個實施例中，從第一和第二電紡裝置擠出的纖維，
能夠有小于500 nm的平均直徑，最好小于100nm。本發明也能夠電 紡更大直徑，例如小于5 pm的纖維。纖維氈中相鄰纖維的平均分開 距離，能夠小于纖維的平均直徑，最好小于纖維平均直徑的一半。另 外，每ci^的纖維橫截面密度，是作為各個參數的函數計算的。例如， 參照圖3，橫截面密度的計算，是用(i)纖維氈中纖維的平均直徑"d" 及(ii)相鄰纖維的分開距離"s"(即，兩個相鄰纖維外側表面之間的 距離，如圖3中所示)之和，除立方體一側的長度"a，，(該立方體代 表氈的一個區)。另外，把得到的量平方，獲得立方體一側表面上的 橫截面密度。
圖3畫出的各個個別纖維，尚未合并成為纖維氈。使用常規的電 紡技術，如前面由Smith等人說明的技術，纖維保留公共的相同的電 荷，從而往往是排斥的，不能密集地合并。這樣，纖維沿纖維長度方 向的點上，往往很少發生接觸。相反，按照本發明的纖維，因有相反 電荷而吸引。因此，本發明的氈中纖維之間的分開距離"s，，更小，得到 更密的合并纖維網絡。例如，如果考慮立方體一側長度為1 cm，則平 均分開距離s可以考慮為等于或接近氈橫截面中纖維的平均直徑d， 從而將有至少等于(2.5x1013) /d2的纖維/cm2的值，這里d的值按nm 給定。此外，本發明人已經發現，產生的氈能夠有小于纖維平均直徑 的平均分開距離，從而以上計算的橫截面密度，僅代表能夠用本發明 獲得的橫截面密度范圍內的一個值。本發明的發明人還發現，相鄰纖 維間的平均分開距離s，能夠小至10nm。表明纖維緊湊性(由于靜 電吸引)的已被觀察的纖維氈區，稍后在圖5B中出示并討論。
確實，雖然在本發明的一個實施例中實現了 (2.5x1013)/d2的纖 維/cm2的判據，但利用本發明的電紡裝置lla和llb，不把本發明限 于只有這一密度判據。例如，(2.5xlO13)/d2的纖維/cm2的密度判據， 將隨相反極性的電紡材料獲得的平均分開距離按比例變化，在本發明中，取決于各種因素，諸如纖維材料、纖維直徑、施加的偏壓等等因
素的平均分開距離，能夠從10xd到1/10xd變化，且能夠包括所有中 間值。
在本發明的另 一個實施例中，纖維是在第一和第二被電紡物質包 括溶劑含量的區中合并的。該區包括被電紡物質的溶劑含量小于10°/。 重量百分比的氈形成區，和/或溶劑含量大于20%重量百分比的氈形 成區，該百分比取決于聚合物和電紡在其下完成的其他條件。如果溶 劑含量小于10%重量百分比，則在合并的纖維間出現最小固結或不 固結。相反，如果溶劑含量大于20%重量百分比，則纖維合并和固 結在一起。推薦的是，這些區的溶劑含量小于2%重量百分比，可防 止固結，而溶劑含量大于30%重量百分比，則促進固結。
在本發明的另一個實施例中，相反極性的纖維，能夠在溶劑蒸發 和被電紡物質不完全固結成纖維的纖維形成區中相互碰撞，從而在相 反極性纖維之間的接合處，或沿相反極性纖維之間的接合處，為纖維 的固結提供某種機構。
在本發明的一個實施例中，收集電極置于電紡裝置lla和lib 之下。在另一個實施例中，圍繞纖維在其中相互碰撞的區，設置室或 外殼28，以控制氣體環境，如在美國專利申請U.S. Application Serial No. 10/819,945中所述。
按照本發明，至少兩個電紡裝置用于(i)產生以相反極性電荷 充電的纖維，和(ii)電紡該纖維的任何安排，都可使被電紡的纖維 能夠相互靜電吸引，產生本發明的纖維氈。確實，圖4畫出本發明的 另一個實施例，它至少有兩個電紡裝置lla和llb，用于產生有上述 性質的纖維氈。圖4畫出，由擠出單元18a和18b電紡的物質，在偏 離豎直方向預定角度O下彼此被引向對方，使正在干燥的纖維相互靜 電吸引，形成纖維氈。如在前面的討論，能夠任選地設置收集電極20， 用于收集該纖維氈。
從電紡裝置lla和lib的每一擠出單元到收集電極20的距離， 最好在5到50cm的范圍，但該距離如本領域熟練人員所知，與環境溫度、被擠出聚合物物質性質、和被擠出物質干燥速率有關。
從電紡裝置lla和llb被電紡的纖維復合物，可以相同也可以不 同。如果不同材料用作每一裝置的物質，則纖維氈可以有沿纖維氈長 度變化的化學復合物。此外，從電紡裝置lla和lib電紡的纖維的平 均直徑，可以相同也可以不同。
本發明產生的纖維和納米纖維，包括但不限于，丙烯腈/聚丁二 烯共聚物、纖維素、纖維素乙酯、脫乙酰殼多糖、膠原蛋白、DNA、 纖維蛋白原纖維、纖維粘連蛋白、尼龍、聚(丙烯酸)、聚(氯代苯 乙烯)、聚(二甲基硅氧烷)、聚(乙醚亞胺)、聚(乙醚砜)、聚 (丙烯酸乙酯)、聚(醋酸乙烯酯)、聚(乙基-co-醋酸乙烯酯)、 聚(環氧乙烷)、聚(對苯二甲酸乙二酯)、聚(乳酸-co-乙醇酸)、聚 (甲基丙烯酸)鹽、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(曱基苯乙烯)、聚 (苯乙烯磺酸)鹽、聚(苯乙烯磺基氟化物)、聚(苯乙烯-co-丙烯 腈)、聚(苯乙烯-co-丁二烯)、聚(苯乙烯-co-二乙烯苯)、聚(醋 酸乙烯酯)、聚(乙烯醇)、聚(氯乙烯)、聚(偏氟乙烯)、聚丙 烯酰胺、聚丙烯腈、聚酰胺、聚苯胺、聚苯并咪唑、聚己內酯、聚碳 酸酯、聚二曱硅氧烷-co-聚環氧乙烷、聚醚醚酮、聚乙烯、聚乙烯亞 胺、聚酰亞胺、聚異戊二烯、聚交酯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚砜、聚 氨基甲酸酯、聚乙烯吡咯烷酮、蛋白質、SEBS共聚物、絲、和苯乙 烯/異戊二烯共聚物。
此外，只要兩種或更多聚合物可溶于公共溶劑，也能產生聚合物 的共混物。少量例子是聚(偏氟乙烯)和聚(甲基丙烯酸甲酯)共 混、聚苯乙烯和聚(乙烯甲醚)共混、聚(甲基丙烯酸甲酯)和聚(環 氧乙烷)共混、聚(羥丙基丙烯酸曱酯)和聚(乙烯基吡咯烷酮)共 混、聚(鞋丁酸)和聚(環氧乙烷)共混、蛋白質和聚環氧乙烷共混、 聚乳酸和聚乙烯吡咯烷酮共混、聚苯乙烯和聚酯共混、聚酯和聚(羥 乙基甲基丙烯酸)共混、聚(環氧乙烷)和聚(甲基丙烯酸甲酯)共 混、聚(羥基苯乙烯)和聚(環氧乙烷)共混。
合適的親水性聚合物例子，包括但不限于直鏈聚(次乙亞胺)、纖維素乙酯及其他融合的纖維素、聚(羥乙基甲基丙烯酸)、聚(環 氧乙烷)、和聚乙烯吡咯烷酮。合適的至少是弱疏水性聚合物例子，
包括丙烯酸和聚酯，諸如聚(己內酯)、聚(L-乳酸)、聚(乙醇 酸)、這些酸的類似共聚物。如Smith等人所說明，可以任意地在無 菌條件中添加聚合物溶液。
如在本文上面建議的，其他的添加劑，可溶的或不可溶的，也可 以包括在將被電紡成纖維的液體中。最好是，這些添加劑是醫療上重 要的局部添加劑，按至少對病人的治療處理有效的量提供。該量大都 取決于添加劑的類型和傷口及病人的物理特征。但是， 一般說，該添 加劑可以從痕跡量(按重量，每100份聚合物小于0.1份)到按重量 每100份聚合物500份或更多的量，結合到纖維中。這種治療添加劑 的例子，包括但不限于，抗微生物添加劑，諸如含銀的抗微生物附加 劑和抗微生物的多肽，止痛劑，諸如利多卡因，可溶或不可溶的抗菌 素，諸如新霉素、形成血栓的復合物，高價氮氧化物釋出復合物，諸 如斯德酮亞胺和促進傷口愈合的NO絡合物，其他抗菌復合物、殺菌 的復合物、殺真菌的復合物、抑制菌的復合物、止痛的復合物、其他 藥物復合物、粘著的、芳香的、吸收氣味的復合物，和核酸，包括脫 氧核糖核酸，核糖核酸，核苷酸類物。
一旦各種纖維相互攙和，則形成纖維氈的種子。纖維氈41的核 心在圖5A中在核心區42畫出。纖維氈41的區42包括由對應電紡裝 置電紡的各種纖維。但是，在核心區42形成之后，由于電紡裝置的 相對排列和它們之間收集電極的布置，從每一相應電紡裝置來的纖 維，很少穿進核心區42,而新的被電紡的纖維，開始在核心區42的 每一側上積累，即分別在區40和44中積累。因此，每一區40和44 主要包括由最接近核心區42該側的電紡裝置保有的物質所產生的纖 維。如果電紡裝置繼續電紡纖維，則少量新的被電紡的纖維能夠穿透 區40、 42、和44，從而分別在區40和44上形成新的區38和46。新 形成的區38和46幾乎僅僅包括每一相應電紡裝置所電紡的纖維。
圖5B表明氈核心區42中形成的纖維的SEM顯微照片。圖5B中粗的纖維，是用二甲基酰胺中22.5%的聚苯乙烯獲得的，而細的 纖維則用二甲基酰胺/二氯甲烷(20/80 )中20%的聚己內酯獲得。圖 5B中所示SEM顯微照片，表示氈中纖維的平面圖。
圖5C-5E示意畫出當氈中平面圖(i)靠近氈的一側(見圖5C) 時，(ii)基本上離氈兩側等距離(見圖5D)時，和(iii)靠近氈的 另一側(見圖5E)時，氈的平面圖中纖維分布的變化。氈的兩側， 由形成后的那些暴露表面被圖2所示裝置進行電紡處理期間形成的最 后纖維定義。圖5C表明，第一纖維密度高于第二纖維，而圖5E表明 這些密度顛倒。圖5C-5E所示第一和第二纖維以不同的粗細表示。但 是，圖中纖維的粗細，用意是區分兩種纖維，而不是把氈的纖維限于 不同粗細的纖維。換句話說，圖5C-5E中所示兩種纖維，可以是相同 粗細但不同化學組分的纖維。
現在回頭參考圖5A，在區38、 40、 44、和46中，被相對的電 紡裝置電紡的纖維，不如區42那樣猛烈攙和，且能夠降低或抑制這 些區。例如，使用圖2所示裝置，能夠產生這樣的纖維氈，它只有一 個如區42的區，作為從相應電紡裝置來的纖維相互作用和攙和，不 穿透纖維氈。
在本發明的另一個實施例中，用于收集納米纖維的金屬框架，能 夠設計成連續地或間歇地旋轉，以獲得高度互相穿透或互相交叉的纖 維氈，和/或產生第一和第二纖維均勻分布的氈。換句話說，如果旋轉 金屬框架，最好是使金屬框架各部分暴露于第一電紡裝置，然后暴露 于第二電紡裝置，可以降低上述氈的平面圖中纖維密度的變化。因此， 氈中的層不僅一層位于另 一層的上部，而在本發明的一個實施例中， 是在層的邊界互相穿透。
例如，在該實施例中，能夠旋轉圖2所示收集器20，從而起旋 轉收集器的作用。更具體說，能夠圍繞所示豎直軸旋轉收集器20，逐 漸把收集器20的一側暴露于來自電紡裝置lla的纖維，然后把同一 側暴露于來自電紡裝置lib的纖維。
或者，圖4中的收集器20可以圍繞圖示豎直軸旋轉，相繼地把上部收集器的四分之一暴露于來自電紡裝置22a的纖維，然后把同一 四分之一暴露于來自電紡裝置22b的纖維。
如在美國申請U.S. Application Serial No. 10/819,945中所公開 的，控制擠出單元18周圍的氣體環境，可以就納米纖維直徑分布方 面和產生更小直徑納米纖維方面，改進被電紡的纖維的質量。例如， 通過修改擠出單元18周圍氣體環境的電性質，可以提高加于擠出單 元的電壓，改進對從擠出單元18噴出液體的拉力。尤其是，把氣體 注入包圍電紡裝置的外殼，似乎降低包圍擠出單元尖的放電電暈的出 現(該電暈會中斷電紡過程)，從而允許在增強靜電力的更高電壓下 工作。此外，注入帶負電的氣體，可以降低纖維的Rayldgh不穩定區 中放電的可能性，從而在該處理條件下，增強對纖維的拉伸力和牽引 力。但是，擠出單元18周圍氣體環境的控制，是為了增強靜電力和 纖維的牽引力而實施的。
如在圖2中所示，通過對室28底部的液體池30的維護，借助改 變室28和/或溶劑池30的溫度，能夠控制電紡環境周圍空間中存在的 溶劑蒸氣量，從而控制電紡環境的氣體空間中溶劑的分壓。可供選擇 地，能夠用流量控制器34來控制氣體物質的流量速率，這些氣體物 質從氣體源32送至抽出纖維的纖維。
此外，控制外殼中的氣氛，以便至少改變第一并第二被電紡物質 的溶劑蒸氣速率和該氣氛的電阻之一。液體池30的液體，例如包括 至少如下之一二甲基酰胺、甲酰胺、二甲基乙酰胺、二氯甲烷、氯 苯、三氯甲烷、四氯化碳、氯苯、氯乙腈、二硫化碳、二甲基亞砜、 曱苯、笨、苯乙烯、乙腈、四氬呋喃、丙酮、丁酮、對二氧雜環己酮、 環己醇、環己烷、二氧雜環己烷、l-硝基丙烷、磷酸三丁酯、乙酸乙 酯、三氯化磷、曱醇、乙醇、丙醇、丁醇、乙二醇、苯酚、二甘醇、 聚乙烯乙二醇、1，4丁二醇、水、其他酸類、其他醇類、其他鞋基酸 的酯類、其他酮類、其他酯類、其他芳香類、其他酰胺類、和其他氯 化碳氫化合物，而該流量控制器34，例如控制至少如下氣體之一的輸 送負電的氣體、離子、和高能粒子。氣體源至少包括如下源之一C02源、CO源、SF6源、CF4源、N20源、CCU源、CC13F源、和 CC12F2源。
圖6A更詳細地畫出電紡裝置的電極紡裝置51,它與美國申請 U.S. Application Serial No. 10/819,942中公開的紡頭類似。圖6A畫出 的電紡裝置51產生電場12，該電場使電紡媒質14擠出。電場12被 電極36引導，通過一個或多個形成在外殼22壁中的擠出單元18，在 該外殼中封閉著溶液14。外殼22和擠出單元18的細部，在美國申請 U.S. Serial No. 10/819,425中給出，該申請前面已經供參考引用。夕卜殼 22由絕緣材料或電可透過材料制成。擠出單元18對著電極36設在外 殼22壁中，在擠出單元18和電極36之間定義空間38。外殼22通過 管路40與電紡媒質14的源42連通。電極20和36的各種可能排列、 這些電極間的距離、擠出單元的各種構造及它們的材料、擠出單元的 尺寸、和加于擠出單元的電壓，都在美國專利申請U.S. Application Serial No. 10/819,942中公開。在本發明的一個實施例中，電紡裝置 lla和llb是作為電紡裝置51構造的。
作為本發明的工藝的示例。下面給出非限制性的例子，以表明用 于纖維的聚合物和溶劑的選擇，擠出單元的尖的直徑，收集器的材料， 溶劑泵浦速率，電場，和纖維的極性
例I
分子量為1050 kg/mol的聚(次乙亞胺)溶液，用于第一纖維， 而分子量為100kg/mol的聚(己內酯)溶液，用于第二纖維， 二甲基酰胺(DMF)溶劑用于第一和第二纖維兩者， 擠出單元的尖的直徑，對兩種纖維都是1000 pm， Al環作成的收集器，
向擠出單元的聚合物溶液提供0.5到1.0 ml/hr的泵浦速率， 氣體流量速率在0.5到50 lpm的范圍， 用于電紡第一和第二纖維的電場強度為2 kV/cm， 對第一纖維用正的極性，對第二纖維用負的極性，和 擠出單元的尖到收集器之間的間隙距離為17.5 cm。
把以上物質用于電紡并使用以上條件，獲得第一纖維材料不同于 第二纖維材料的氈。得到的纖維直徑取決于若干變數，并對給定的一 組變數，也從一種聚合物到另一種聚合物變化。本例還代表親水性纖 維和疏水性纖維氈。
例II
分子量為1050 kg/mol的聚苯乙烯溶液，用于第一纖維，而分子 量為2000 kg/mol的聚苯乙烯溶液，用于第二纖維，
二甲基酰胺DMF溶劑用于第一和第二纖維兩者，
擠出單元的尖的直徑，對兩種纖維都是1000 jLiin，
Al環作成的收集器，
向擠出單元的聚合物溶液提供0.5到1.0 ml/hr的泵浦速率，
氣體流量速率在0.5到50 lpm的范圍，
用于電紡第一纖維的電場強度為2 kV/cm，
用于電紡第二纖維的電場強度為5kV/cm，
對第一纖維用正的極性，對第二纖維用負的極性，和
擠出單元的尖到收集器之間的間隙距離為17.5 cm。 得到的纖維氈，包括有第一平均直徑的第一纖維和第二平均直徑 的第二纖維，該第二平均直徑不同于第一平均直徑。在本演示的例子 中，電紡媒質的分子量特征和電場，影響得到的纖維直徑的大小，施 加于擠出第一纖維的擠出單元的電場，是2kV/cm，而施加于擠出第 二纖維的擠出單元的電場，是5kV/cm。
此外，在一個實施例中，能夠把粒子注入電紡裝置的纖維抽出區， 產生部分地嵌入粒子的纖維。粒子能夠在與上述那些纖維電紡條件類 似的條件下注入。例如，圖2、 6B、和7A畫出粒子傳送裝置50，它 把粒子向纖維形成區傳送，使被傳送的粒子與至少第一種和第二種被 電紡物質之一碰撞并組合，形成有粒子附著的纖維。例如，圖2畫出 粒子傳送裝置50，它把粒子向纖維形成區傳送，使被傳送的粒子與至 少第 一種和第二種被電紡物質之一碰撞并組合，形成包括該種粒子的 纖維。粒子傳送裝置50可以包括粒子引導裝置52，用于把粒子引進 纖維形成區的一部分。粒子傳送裝置50可以至少包括噴霧器和霧化 器之一。粒子傳送裝置50可以有構造成使粒子準直的準直器56。粒 子傳送裝置50還可以有粒子源58、與粒子源58的輸出連通的氣體載 運體源60、和構造成能調整氣體載運體源的氣流的流量調整器62。 允許進入室28的粒子速度，因而依賴于調整器62的氣流。在圖2沒 有出示的一個實施例中，粒子傳送裝置50可以整個地被電噴涂裝置 取代，該電噴涂裝置與電紡裝置lla和llb類似。取代粒子傳送裝置 50的電噴涂裝置，能夠代替粒子傳送裝置50輸送上面討論的材料。 這樣，能夠在電噴涂裝置附近使用氣體媒質(見圖6A，流量控制器 34和氣體源32)，以影響被電噴涂的粒子。粒子傳送裝置50能夠與 電噴涂裝置并行工作，也能夠在沒有電噴涂裝置下工作。
粒子傳送裝置50可以輸送至少如下材料之一金屬材料、有機 復合物、氧化物材料、半導體材料、電致發光材料、磷光材料、醫療 復合物、和生物材料。
本發明一個實施例中的粒子傳送裝置50，可以是Collision噴霧 器，它把懸浮的納米粒子送進第一載運體(如載運體氣體)，形成氣 懸體。該Collision噴霧器可與擴散干燥器連接，在把粒子氣懸體注入 將對被擠出物質進行電紡的區之前，就是說，在把粒子氣懸體注入產 生纖維的區之前，使痕量的水(或其他蒸氣)從氣懸體蒸發。適合本 發明的商業上可購得的Collision噴霧器，例如可從美國麻省Waltham 的BGI買到。本發明的噴霧器能夠向被擠出物質進行電紡的區，提供 帶電的空氣載運的粒子。例如，懸浮在四氯化碳中并之后在Collision 噴霧器中噴霧成納米大小的硅粒子，能夠為將對擠出物質14進行電 紡的區，提供要注入的硅粒子的氣懸體。粒子懸浮在載運體流體中， 不僅能夠通過噴霧獲得，還可以通過霧化、濃縮、干燥分散、電噴涂、 或其他本領域熟知的技術獲得。
本發明人已經發現，對粒子傳送裝置50提供的粒子，用與電紡 媒質充電的電荷相反的電荷充電，不僅促進粒子與纖維的吸引，還往 往防止粒子在沉積在纖維上時的相互合并。換句話說，因為粒子有相 同的電荷，粒子往往彼此排斥，并互相分開地粘著在纖維上。此外， 通過使粒子帶上與纖維電荷相反的電荷，由于粒子和纖維間的電吸 引，能夠使更多的粒子與纖維相互作用。因此，使粒子帶上與纖維電 荷相反的電荷的處理，能夠在粒子與纖維間得到高的碰撞率。
本發明的本發明人已經發現，如果在被電紡材料完全干燥之前， 使提供的粒子與被電紡材料碰撞，粒子能夠粘附在纖維上。但是，在 該材料已經干燥而仍能陷入本發明的纖維氈中之后， 一些粒子可能與 被電紡材料相互作用。
包括在本發明纖維氈中的粒子，能夠由各種各樣的材料組成，這 些材料包括，但不限于，藥物學材料、聚合物材料、生物物質材料、 陶瓷材料、和金屬材料。即使不與聚合物溶液混合的粒子，也能夠包括在本發明的纖維氈中。本發明中被傳送的粒子，直徑最好在5納米 到100納米范圍，也可以大到數^t米(如l-5nm)的直徑。
在本發明的一個實施例中，粒子可以由電噴涂裝置提供。借助電 噴涂，電噴涂的材料被充電到高的電勢，然后被電噴涂裝置的尖的高 電場排斥。由于材料粒子上高的電荷，被排斥的電噴涂粒子形成帶電 的粒子霧。
在本實施例中，構成粒子傳送裝置50的電噴涂裝置，被放置在 電紡裝置lla擠出單元18的一側，用于提供指向圖6B所示水平路徑 的粒子，不過也可以使用其他方向。雖然也可以使用其他方向，但電 紡裝置lla構造成能提供指向豎直路徑的纖維，使纖維的路徑與粒子 的路徑相交，如在圖6B中所示。可供選擇地，室28可以圍繞擠出單 元18放置。
在另一個實施例中，粒子傳送裝置50和電紡裝置lla能夠按水 平排列放置，如圖7A所示。這樣，纖維和粒子兩者沿水平方向排斥， 進入室28，纖維和粒子被收集電極20收集，該收集電極20可以豎直 放置，如圖所示，如果粒子傳送裝置50和電紡裝置lla都指向豎直 方向，則收集電極20也可以水平放置。
圖7B是本發明制成的粒子/纖維合成物。在制備圖7B所示的粒子/纖維合成物中，保持在(~20kV，但有不同極性)的電噴涂噴嘴 和電紡頭，被相互面對地建立起來，彼此在十字形的玻璃室中分開 15-30 cm的距離。在其他的實驗中，電紡是沿豎直方向進行的(如上 所述)，而電噴涂是相對豎直方向成直角，在離電紡針的尖9-15 cm 的距離上進行的。
紡頭的針和噴涂頭的針之間距離，是受控制的。如果該距離太近， 纖維往往被吸引并沉積在噴涂頭上。如果該距離分開得太遠，被噴涂
的粒子將不適合粘附在納米纖維上。已經發現，上面給定的范圍是適 當的，但本發明不受此限制，且其他的距離對本發明也是合適的。
圖7B中的粒子，是由二氧化碳氣氛下二氯甲烷中的PCL(聚己 內酯)，以電噴涂1% (w/w)該聚合物制成。把該聚合物溶液以每 小時0.5ml的流率泵浦進不銹鋼皮下注射針(規格25)。該針連接到 20 kV電源的負端。
圖7B中的纖維是聚苯乙烯，它是用相同的25規格的不銹鋼針， 由DMF中的25% (w/w)溶液電紡的。該聚合物進入針的流量速率 被控制在每小時0.5 ml。該針連接到20 kV電源的正端。
在室的底部使用地極板，并用于收集有形成的粒子產物附著的納 米纖維。
其他電紡裝置，例如圖2中的電紡裝置lla和llb，可以與圖6B 和7A中的電紡裝置lla—道使用，以便產生包含附著粒子的多組分 纖維氈(如上所述)。
圖8是流程圖，畫出本發明的一種方法。在步驟810，在第一電 極性下把第一種物質電紡成第一纖維。步驟820，是在第二電極性下 把第二種物質電紡成第二纖維。步驟830，是把已被電紡的第一和第 二纖維合并，形成纖維氈。但是，圖8沒有暗示，步驟810和820只 能是按順序的。事實上，按照本發明的步驟810和820,能夠同時執 行，也能夠按形成的氈需要的特征依次起作用。
該方法可供選擇地包括，提供有不同化學組分的第一種和第二種 物質。該方法也包括提供相同化學組分或材料的第一種和第二種物質。因此，該方法能夠在纖維氈中產生相同或不同化學組分或材料的 第一和第二纖維。此外，該方法能產生其中包含相同或不同平均直徑 纖維的纖維氈。
另外，通過例如兩個電紡裝置lla和llb電紡相同或不同的纖維， 能夠獲得包括附著粒子的粒子/纖維氈合成物，該纖維氈有(2.5xl013) /W的纖維/cn^的橫截面密度(同前)。
步驟830是合并，該合并可供選擇地包括利用在該已電紡的第 一和第二纖維上的相反電荷，使第一種和第二種物質已電紡的纖維靜 電吸引；和在第一和第二已電紡纖維包含溶劑含量的區中，組合該第 一和第二已電紡纖維。第一和第二纖維的合并，包括在第一和第二已 電紡纖維的溶劑含量足夠低的區中，組合第一和第二纖維，以防止纖 維相互粘附，也可以在第一和第二已電紡纖維的溶劑含量足夠高的區 中，組合第一和笫二纖維，以獲得粘附并產生第一和第二纖維的部分 共混，對每種聚合物和溶劑的組合，該溶液含量是可變的，且最好在 20到80%重量百分比之間。
可供選擇地，該方法可以控制被電紡的第一和第二纖維附近的氣 氛，以便至少調整第一并第二纖維的溶劑蒸發速率和該氣氛的電阻之 一。氣氛的控制，能夠通過向氣氛提供液體蒸氣壓達到，和/或控制包 含該液體的蒸氣池容器的溫度達到。該蒸氣包括，例如，至少如下的 蒸氣之一二曱基酰胺、甲酰胺、二甲基乙酰胺、二氯甲烷、氯苯、 三氯甲烷、四氯化碳、氯苯、氯乙腈、二硫化碳、二曱基亞砜、甲苯、 苯、苯乙烯、乙腈、四氬吠喃、丙酮、丁酮、對二氧雜環己酮、環己 醇、環己烷、二氧雜環己烷、l-硝基丙烷、磷酸三丁酯、乙酸乙酯、 三氯化磷、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、乙二醇、苯酚、二甘醇、聚乙 烯乙二醇、1，4丁二醇、水、其他酸類、其他醇類、其他羥基酸的酯 類、其他酮類、其他酯類、其他芳香類、其他酰胺類、和其他氯化碳 氫化合物。該氣氛的控制，可以包括提供至少如下氣體之一的輸送 負電的氣體、非負電的氣體、離子、和高能粒子，而該輸送至少包括 輸送如下氣體之一C02、 CO、 SF6、 CF4、 N20、 CC14、 CC13F、和CC12F2。
該方法可以包括在收集電極上收集第一和第二纖維，而該收集電 極可供選擇地至少包括環、網格、鉤、絲網之一。該收集電極可以是 接地的電極。
笫一電極性下的電紡和第二電極性下的電紡，可以包括沿相反方 向彼此相向地抽出第一和第二纖維，且該方法可以包括，在其壁中安 裝有擠出單元的艙室中，儲藏至少第一種和第二種物質之一。如果有 艙室，則該方法可以包括用置于艙室內的電極，從艙室輻射電場。
該方法可以提供溶劑中的第一種和第二種物質，還可以提供有聚 合物物質包括在溶劑中的至少第一種和第二種物質之一。提供有聚合 物物質的至少第一種和第二種物質之一，包括在第一種和第二種物質 中，提供被該溶劑溶解的不同聚合物物質。
通過控制一個或多個電場、溶劑成分、聚合物類型、流量率、和 氣體環境，本實施例能夠產生不同直徑的纖維。對這些參數的設定信 息，電紡領域是公知的，例如見美國專利U.S. Patent No. 6，110，590， 以及在該專利中公開的專利參考文獻，在此引用其全部內容，供參考。 本發明的電紡，例如能夠由圖2所示兩個電紡裝置，電紡不同平均直 徑的纖維，該不同平均直徑由所有其他變數給出，這些變數例如包括 聚合物類型，而如果使用施加不同的電場，溶劑是相同的。例如，在 電紡裝置之一附近，施加10,000到100,000 V/m的電場強度，能夠產 生平均直徑小于1 的納米纖維。再舉一例，在電紡裝置之一附近， 施加50,000到200,000 V/m的電場強度，能夠產生平均直徑小于500 nm的納米纖維。在電紡裝置之一附近，施加150,000到400,000 V/m 的電場強度，能夠產生平均直徑小于100nm的納米纖維。
該方法在電紡時，能夠在被電紡的第一和第二纖維附近傳送粒 子，使粒子至少與被電紡的第一和第二纖維之一組合。使粒子與被電 紡纖維組合，如前面說明的，最好在被電紡纖維有溶劑含量時發生。
粒子可以通過至少噴霧器、霧化器、和電噴涂裝置之一傳送。能 夠用準直器使粒子準直。粒子源的粒子能夠與氣體載運體混合并運送，例如把粒子帶進氣體載運體的規則流動中。本領域都了解，粒子 的速度取決于氣體的流動速率。如這里的說明，粒子能夠用電噴涂裝 置傳送。
粒子可以是至少如下材料之一金屬材料、有機材料、氧化物材 料、半導體材料、電致發光材料、磷光材料、醫療復合物、和生物材
料。粒子可以是平均直徑小于500 nm的納米粒子。
合并可以把第一和第二纖維組合，產生纖維氈中的一個區，在該 區中，相鄰纖維的分開距離小于第一和第二纖維中一種纖維的平均直 徑，該平均直徑是沿該種纖維的長度確定的。這樣，纖維氈中的區可 以有至少(2.5xl013) /d2的纖維/cm2的橫截面纖維密度，這里d是第 一和第二纖維中一種纖維的平均直徑，d的值由nm給出。
應用
如所指出，能夠用本發明形成纖維氈，其中， 一組有第一直徑的 纖維和第二組有第二平均直徑的纖維，使第 一組起第二組機械支撐的 作用。在一個實施例中，第二組纖維包括直徑不限于但最好小于500 nm的納米纖維。
本發明的纖維氈的另一種應用，是在醫療事故(如燒傷)中皮膚 被破壞后，用于代替人或動物皮膚功能的醫療產品。已知有相當百分 比的人，由于皮膚功能不能被任何裝置代替而因燒傷致死。皮膚的主 要功能是(i)防止外來物體穿透外部組織進入組織，(ii)從傷口表 面除去滲出液，和(iii)能使某些流體(如水)離開組織。許多有相 同組分的纖維不能達到這兩種相反的功能。但是，由不同化學組分的 纖維構成的纖維氈，當纖維之一有功能(i)而另一種纖維有功能(ii) 時，能夠實現皮膚的功能。因此，模仿人類皮膚的兩種纖維，例如可 以是疏水性的和親水性的纖維。疏水性纖維至少包括如下之一聚(丙 烯酸酯)纖維、聚丁二烯纖維、聚乙烯纖維、聚三乙氧基甲烷纖維、 聚苯乙烯纖維、聚丙烯腈纖維、聚乙烯對苯二曱酸酯)纖維、聚砜纖 維、聚碳酸酯纖維、和聚(氯乙烯)纖維，而親水性纖維至少包括如 下之一聚(丙烯酸)纖維、聚(乙二醇)纖維、聚(乙烯醇)纖維、
聚(醋酸乙烯酯)纖維、纖維素纖維、聚(丙烯酰胺)纖維、蛋白質 纖維、聚(乙烯基吡咯烷酮)纖維、和聚(苯乙烯磺酸鹽)纖維。
本發明人已經發現，更好的是，綜合顯示不同功能的兩種纖維類 型的氈，當這些纖維形成氈時，氈的一個表面主要包括第一類纖維， 而另一表面的第二類纖維，在纖維氈的厚度內有兩種纖維的逐漸混 合。氈的組分因而從纖維類型一到纖維類型二橫越氈的厚度變化。與 本發明的氈相比，綜合兩種分開紡的納米纖維層，由第一纖維和第二 纖維夾在一起構成的氈，則要低級得多。
纖維氈的另一種應用，是在過濾領域。商業上可購得的各種過濾 器，包括用于過濾的納米粒子的納米纖維。但是，商業上可購得的過 濾器，納米纖維對襯底缺乏良好的粘附性，納米纖維是形成在該襯底 上的。這一問題使納米纖維容易從過濾器脫離并污染媒質。本發明的 纖維氈，解決了這個問題，因為兩種不同纖維有高的粘附性，還因為 纖維之一可以由粗的粗細形成，給出需要的機械強度，而另一纖維是 納米纖維，給出納米的過濾功能。另外，第一纖維有第一彈性模量， 而第二纖維有數倍于第一纖維彈性模量的第二彈性模量，范圍從兩倍
到20倍，最好在2到5的范圍。因此，本發明的纖維氈有良好的粘 附性和過濾功能。
借助上面的教導，本發明的許多修改和變化是可能的。因此應當 指出，除了本文專門說明之外，在后面所附權利要求書的范圍內，也 可以實施本發明。
權利要求
1.一種設備，包括第一電紡裝置，構造成能電紡第一種物質的第一纖維；第二電紡裝置，構造成能電紡第二種物質的第二纖維；和加偏壓裝置，構造成能以第一電極性對第一電紡裝置加偏壓，又以與第一電極性相反的第二電極性對第二電紡裝置加偏壓，為的是改善第一和第二纖維之間的吸引和合并，以便第一和第二纖維在氈形成區組合。
2. 按照權利要求1的設備，還包括 外殼，構造成能至少包圍該氈形成區；和控制裝置，構造成能控制外殼內的氣氛，以便至少控制第一并第 二纖維形成的溶劑的蒸發速率和外殼內的氣氛電阻之一。
3. 按照權利要求2的設備，其中的控制裝置包括置于外殼中的蒸氣池容器，構造成能容納液體并向外殼中的氣氛 提供該液體的蒸氣壓力。
4. 按照權利要求3的設備，其中的控制裝置包括 溫度控制器，構造成能控制外殼內蒸氣池容器中液體的溫度。
5. 按照權利要求4的設備，其中的蒸氣池容器被構造成能容納 至少如下之一二甲基酰胺、甲酰胺、二甲基乙酰胺、二氯甲烷、氯 苯、三氯甲烷、四氯化碳、氯苯、氯乙腈、二硫化碳、二曱基亞砜、 甲苯、苯、苯乙烯、乙腈、四氯吹喃、丙酮、丁酮、對二氧雜環己酮、 環己醇、環己烷、二氧雜環己烷、l-硝基丙烷、磷酸三丁酯、乙酸乙 酯、三氯化磷、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、乙二醇、苯酚、二甘醇、 聚乙烯乙二醇、1，4丁二醇、水、其他酸類、其他醇類、其他羥基酸 的酯類、其他酮類、其他酯類、其他芳香類、其他酰胺類、和其他氯 化碳氬化合物。
6. 按照權利要求2的設備，其中的控制裝置包括 氣體源，構造成能向外殼供應氣體物質。
7. 按照權利要求6的設備，其中的氣體源包括 流量控制器，構造成能控制向外殼供應氣體物質的流量速率。
8. 按照權利要求6的設備，其中的氣體源包括 至少如下源之一負電的氣體源、非負電的氣體源、離子源、和高能粒子源。
9. 按照權利要求6的設備，其中的氣體源包括 至少如下源之一C02源、CO源、SFs源、CF4源、N20源、CCLj源、CCbF源、和CCl2F2源。
10. 按照權利要求2的設備，其中的控制裝置，被構造成能在所 述氈形成區中，從0%到80%重量百分比控制第一和第二纖維的溶 劑含量。
11. 按照權利要求10的設備，其中的控制裝置，被構造成能在 所迷氈形成區中，把第一和第二纖維的溶劑含量控制到小于2%重量 百分比。
12. 按照權利要求10的設備，其中的控制裝置，被構造成能在 所述氈形成區中，把第一和第二纖維的溶劑含量控制在20到30%重 量百分比之間。
13. 按照權利要求10的設備，其中的控制裝置，被構造成能在 所迷氈形成區中，把第一和第二纖維的溶劑含量控制在20和80%重 量百分比之間。
14. 按照權利要求l的設備，其中第一和第二電紡裝置，被構造成能對第一和第二種物質同一種材 料進行電紡，或對第一和第二種物質不同種材料進行電紡。
15. 按照權利要求l的設備，其中 第一電紡裝置包括第一擠出單元； 第二電紡裝置包括第二擠出單元；和 該設備還包括第一和第二擠出單元附近的氣體罩。
16. 按照權利要求15的設備，還包括連接到氣體軍的氣體源，用于供應至少如下氣體之一負電的氣體、非負電的氣體、電離的氣體、非電離的氣體、和高能粒子。
17. 按照權利要求16的設備，其中的氣體源包括 至少如下源之一C02源、CO源、SF6源、CF4源、N20源、CCU源、CCl3F源、和CChF2源。
18. 按照權利要求l的設備，還包括置于氈形成區中的收集電極，并構造成能收集第一和第二纖維。
19. 按照權利要求l的設備，還包括置于氈形成區中的收集電極，并構造成能繞第一電紡裝置和第二 電紡裝置之間的軸旋轉。
20. 按照權利要求18的設備，其中的收集電極包括 至少環、網格、鉤、絲網之一。
21. 按照權利要求18的設備，其中的收集電極包括 接地的電極。
22. 按照權利要求l的設備，其中 第一電紡裝置包括第一擠出單元； 第二電紡裝置包括第二擠出單元；和該加偏壓裝置包括與第一和第二擠出單元連接的電源，以便使第 一和第二擠出單元有相反的電極性。
23. 按照權利要求l的設備，其中 第一電紡裝置包括第一擠出單元； 第二電紡裝置包括第二擠出單元；和該加偏壓裝置包括與第一擠出單元連接的第一電源，和與第二擠 出單元連接的第二電源。
24. 按照權利要求l的設備，其中的第一電紡裝置包括其中存儲第一種物質的艙室；和 安裝在艙室壁中的多個擠出單元。
25. 按照權利要求24的設備，還包括 艙室中的電極，并構造成能把電場輻射進所述氈形成區。
26. 按照權利要求l的設備，其中的加偏壓裝置包括電源，構造成能至少在第一和第二電紡裝置之一附近，提供10,000到100,000 V/m的電場，以產生沿纖維長度平均直徑小于1 μm的納米纖維。
27. 按照權利要求l的設備，其中的加偏壓裝置包括電源，構造成能至少在第一和第二電紡裝置之一附近，提供 50,000到200,000 V/m的電場，以產生沿纖維長度平均直徑小于500 nm的納米纖維。
28. 按照權利要求l的設備，其中的加偏壓裝置包括電源，構造成能至少在第一和第二電紡裝置之一附近，提供 150,000到400,000 V/m的電場，以產生沿纖維長度平均直徑小于100 nm的納米纖維。
29. 按照權利要求l的設備，還包括粒子傳送裝置，構造成能在第一和第二電紡裝置附近輸送粒子。
30. 按照權利要求29的設備，其中的粒子傳送置包括 至少噴霧器、霧化器、和電噴涂裝置之一。
31. 按照權利要求29的設備，其中的粒子傳送置包括 粒子源，該粒子源至少包含如下源之一金屬材料源、有機材料源、氧化物材料源、半導體材料源、電致發光材料源、磷光材料源、 醫療復合物源、和生物材料源。
32. —種纖維氈，包括 許多混雜的第一和第二纖維；和包含所述許多混雜的第一和第二纖維并有至少(2.5x10 to the 13th power) /d2的 纖維/cm2的橫截面纖維密度第一區，這里d的值按nm給定，小于500 nm，并由該氈橫截面中的第一和第二纖維直徑的平均構成。
33. 按照權利要求32的氈，其中所述混雜的第一和第二纖維， 有小于d的平均分開距離。
34. 按照權利要求32的氈，其中的第一纖維包括不同于第二纖 維的材料。
35. 按照權利要求32的氈，其中的第一纖維有第一彈性模量，而第二纖維有至少是第一彈性模量兩倍的第二彈性模量。
36. 按照權利要求35的氈，其中的第一纖維包括不同于第二纖 維的材料。
37. 按照權利要求35的氈，其中的第二彈性模量至少是第一彈 性模量的五倍。
38. 按照權利要求37的氈，其中的第一纖維包括不同于第二纖 維的材料。
39. 按照權利要求34的氈，其中的第一纖維包括疏水性纖維， 而第二纖維包括親水性纖維。
40. 按照權利要求39的氈，其中的疏水性纖維包括至少如下纖 維之一聚(丙烯酸酯)纖維、聚丁二烯纖維、聚乙烯纖維、聚三乙 氧基甲烷纖維、聚苯乙烯纖維、聚丙烯腈纖維、聚乙烯對苯二甲酸酯) 纖維、聚砜纖維、聚碳酸酯纖維、和聚(氯乙烯)纖維。
41. 按照權利要求39的氈，其中的親水性纖維包括至少如下纖 維之一聚(丙烯酸)纖維、聚(乙二醇)纖維、聚(乙烯醇)纖維、 聚(醋酸乙烯酯)纖維、纖維素纖維、聚(丙烯酰胺)纖維、蛋白質 纖維、聚(乙烯基吡咯烷酮)纖維、和聚(苯乙烯磺酸鹽)纖維。
42. 按照權利要求32的氈，其中的第一纖維沿其長度有第一平 均直徑，而第二纖維沿其長度有不同于第一平均直徑的第二平均直 徑。
43. 按照權利要求42的氈，其中的第一平均直徑小于10 μm， 而第二平均直徑小于500 nm。
44. 按照權利要求42的氈，其中的第一平均直徑小于1 μm，而 第二平均直徑小于100 nm。
45. 按照權利要求32的氈，其中的第一區包括在該區中，沿氈的預定方向，第一纖維在數量上相對于第二纖維 的數量變化。
46. 按照權利要求45的氈，其中，第一纖維對第二纖維的相對 數量，沿該預定方向變化。
47. 按照權利要求46的氈，其中的第一纖維，包括不同于第二 纖維的材料。
48. 按照權利要求47的氈，其中，第一纖維對第二纖維的相對 數量，沿該預定方向線性地變化。
49. 按照權利要求46的氈，其中，第一纖維沿其長度的平均直 徑，不同于第二纖維的平均直徑。
50. 按照權利要求49的氈，其中，第一纖維對第二纖維的相對 數量，沿該預定方向線性地變化。
51. 按照權利要求32的氈，還包括 第一纖維多于第二纖維的第二區；和 第二纖維多于第一纖維的第三區。
52. 按照權利要求51的氈，其中 所述第二區的第一纖維，包括疏水性纖維；和 所述第三區的第二纖維，包括親水性纖維。
53. 按照權利要求51的氈，其中所述第二區的第一纖維，沿其長度的平均直徑小于10nm;和 所述第三區的第二纖維，沿其長度的平均直徑小于500 nm。
54. 按照權利要求51的氈，其中所述第二區的第一纖維，沿其長度的平均直徑小于1 和 所述第三區的第二纖維，沿其長度的平均直徑小于100 nm。
55. 按照權利要求32的氈，其中的第一和第二纖維包括相同的材料。
56. 按照權利要求32的氈，其中的第一和第二纖維有相同的平 均直徑。
57. 按照權利要求32的氈，還包括 包含在氈中的粒子。
58. 按照權利要求57的氈，其中的粒子至少包括如下材料之一 金屬材料、有機材料、氧化物材料、半導體材料、電致發光材料、磷 光材料、醫療復合物、和生物材料。
59. —種形成纖維氈的方法，包括 在笫一電極性下，電紡第一種物質的第一纖維； 在與第一電極性相反極性的第二電極性下，電紡第二種物質的第二纖維；和合并已被電紡的第一和第二纖維，形成纖維氈。
60. 按照權利要求59的方法，其中在第一電極性下的電紡，包括以第 一 電極性對包含第 一種物質的擠出單元加偏壓。
61. 按照權利要求59的方法，還包括 提供不同化學組分的第一種和第二種物質材料。
62. 按照權利要求59的方法，其中的合并包括 使第一和第二纖維相互靜電吸引。
63. 按照權利要求59的方法，還包括控制已被電紡的第一和第二纖維附近的氣氛，以便至少調整第一 并第二纖維的溶劑蒸發速率和氣氛電阻之一。
64. 按照權利要求63的方法，其中對氣氛的控制包括 在壓力下向附近提供蒸氣。
65. 按照權利要求64的方法，其中在壓力下提供蒸氣，包括 控制待蒸發的液體的溫度。
66. 按照權利要求65的方法，其中液體溫度的控制，包括 控制至少如下液體之一的溫度二甲基酰胺、甲酰胺、二甲基乙酰胺、二氯甲烷、氯苯、三氯曱烷、四氯化碳、氯苯、氯乙腈、二硫 化碳、二甲基亞砜、甲苯、苯、苯乙烯、乙腈、四氫呋喃、丙酮、丁 酮、對二氧雜環己酮、環己醇、環己烷、二氧雜環己烷、l-硝基丙烷、 磷酸三丁酯、乙酸乙酯、三氯化磷、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、乙二 醇、苯酚、二甘醇、聚乙烯乙二醇、1，4丁二醇、水、其他酸類、其 他醇類、其他羥基酸的酯類、其他酮類、其他酯類、其他芳香類、其 他酰胺類、和其他氯化碳氫化合物。
67. 按照權利要求63的方法，其中對氣氛的控制，包括至少提供如下氣體源之一的負電的氣體源、非負電的氣體源、 電離氣體源、非電離氣體源、和高能粒子源。
68. 按照權利要求63的方法，其中對氣氛的控制，包括 輸送至少如下氣體之一C02、 CO、 SF6、 CF4、 N20、 CC14、CC13F、和CChF2。
69. 按照權利要求63的方法，其中對氣氛的控制，包括 在所述氈形成區中，從0%到80%重量百分比控制第一和第二纖維的溶劑含量。
70. 按照權利要求69的方法，其中第一和第二纖維的合并，包括把溶劑含量小于2%重量百分比的第一和第二纖維組合成纖維。
71. 按照權利要求69的方法，其中第一和第二纖維的合并，包括把溶劑含量在20到30%重量百分比之間的第一和第二纖維組 合成纖維。
72. 按照權利要求69的方法，其中第一和笫二纖維的合并，包括把溶劑含量在20到80%重量百分比之間的第一和第二纖維組合成纖維。
73. 按照權利要求59的方法，還包括 在收集電極上收集第一和第二纖維。
74. 按照權利要求59的方法，還包括在繞第一電紡裝置和第二電紡裝置之間的軸旋轉的收集電極上， 收集第一和第二纖維。
75. 按照權利要求73的方法，其中的收集包括 至少在環、網格、鉤、絲網之一上，收集第一和第二纖維。
76. 按照權利要求73的方法，其中的收集包括 在接地電極上，收集第一和第二纖維。
77. 按照權利要求59的方法，其中的電紡步驟包括 沿彼此相向的相對方向，抽出第一和第二纖維。
78. 按照權利要求59的方法，還包括把至少第一種和第二種物質之一，存儲在有擠出單元安裝在其壁上的艙室中。
79. 按照權利要求78的方法，還包括用置于艙室內的電極，從艙室輻射電場。
80. 按照權利要求59的方法，還包括在第一溶劑中提供第一種物質；和在第二溶劑中提供第二種物質。
81. 按照權利要求80的方法，還包括作為至少第一種和第二種物質之一，在第一和第二溶劑之一中提 供聚合的復合物。
82. 按照權利要求80的方法，包括為第一和第二溶劑提供公共的溶劑或不同的溶劑。
83. 按照權利要求59的方法，其中的電紡步驟包括 電紡沿纖維長度有不同平均直徑的纖維。
84. 按照權利要求59的方法，其中至少一個電紡步驟包括 在至少第一電紡裝置和第二電紡裝置之一的附近，施加10,000到100,000 V/m的電場強度，以產生沿其長度平均直徑小于1 μm的 納米纖維。
85. 按照權利要求59的方法，其中至少一個電紡步驟包括 在至少第一電紡裝置和第二電紡裝置之一的附近，施加50,000到200,000 V/m的電場強度，以產生沿其長度平均直徑小于500 nm 的納米纖維。
86. 按照權利要求59的方法，其中至少一個電紡步驟包括 在至少第一電紡裝置和第二電紡裝置之一的附近，施加150,000到400,000 V/m的電場強度，以產生沿其長度平均直徑小于100 nm 的納米纖維。
87. 按照權利要求59的方法，還包括 把粒子傳送到已被電紡的第一和第二纖維附近。
88. 按照權利要求87的方法，還包括 把粒子與至少已被電紡的第一和第二纖維之一組合。
89. 按照權利要求87的方法，其中的傳送包括 當至少第一和第二纖維之一包括溶劑含量時，把粒子與至少已被電紡的第一和笫二纖維之一組合。
90. 按照權利要求87的方法，其中的傳送包括 傳送由至少噴霧器、霧化器、和電噴涂裝置之一形成的粒子。
91. 按照權利要求87的方法，其中的傳送包括 提供粒子源；把該源的粒子與氣體栽運體混雜；和 使粒子在該氣體栽運體的規則流動中被帶走。
92. 按照權利要求87的方法，其中的傳送包括 提供至少包括如下粒子之一金屬材料粒子、有機材料粒子、氧化物粒子、半導體材料粒子、電致發光材料粒子、磷光材料粒子、藥 物復合物粒子、和生物材料粒子。
93. 按照權利要求92的方法，其中提供粒子包括 提供平均直徑小于500 nm的納米粒子。
94. 按照權利要求87的方法，其中的傳送包括 電噴涂由第三種物質形成的所述粒子。
95. 按照權利要求59的方法，其中至少一個電紡步驟包括 電紡沿纖維長度有平均直徑小于1 |im的納米纖維。
96. 按照權利要求59的方法，其中至少一個電紡步驟包括 電紡沿纖維長度有平均直徑小于500 nm的納米纖維。
97. 按照權利要求59的方法，其中至少一個電紡步驟包括 電紡沿纖維長度有平均直徑小于100 nm的納米纖維。
98. 按照權利要求59的方法，其中的合并包括 組合第一和第二纖維，產生纖維氈中的一個區，在該區中，相鄰纖維分開的距離，小于第一和第二纖維的平均直徑d。
99. 按照權利要求59的方法，其中的合并包括 組合笫一和第二纖維，產生纖維氈中的一個區，在該區中，第一和笫二纖維有至少(2.5x1013) /^的纖維/ 112的橫截面纖維密度，這 里d按nm給定，并由該氈橫截面中的第一和第二纖維直徑的平均構 成。
100. —種復合過濾器，包括許多定義復合混雜纖維的被混雜的第一和第二纖維；和該復合混雜纖維有至少(2.5x1013) /d2的纖維/cm2的橫截面纖維 密度，這里d按nm給定，并由該過濾器橫截面中的第一和第二纖維 直徑的平均構成。
101. —種皮膚代用物，包括由許多親水性纖維和疏水性纖維構成的膜，這些纖維混雜而形成 復合混雜纖維；該復合混雜纖維有至少(2.5x1013) /(12的纖維/ 112的橫截面纖維 密度，這里d按nm給定，并由該皮膚代用物橫截面中的第一和第二 纖維直徑的平均構成。
102. —種過濾媒質，包括許多定義復合混雜納米纖維的被混雜的第一和第二納米纖維；和 該復合混雜納米纖維有至少(2.5x1013) /(12的纖維/(^12的橫截面纖維密度，這里d的值按nm給定，并由該媒質橫截面中的第一和第二纖維直徑的平均構成。
103. 按照權利要求102的氈，其中的第一納米纖維包括不同于 第二納米纖維材料的材料。
104. 按照權利要求102的氈，其中的第一納米纖維有第一彈性 模量，而第二納米纖維有至少是第一彈性模量兩倍的第二彈性模量。
105. 按照權利要求102的氈，其中的第一納米纖維包括不同于 第二納米纖維材料的材料。
106. —種形成纖維的設備，包括 電紡裝置，它包括擠出單元，并構造成能對從擠出單元到纖維抽出區移動，離開擠出單元的纖維基本材料進行電紡；和粒子傳送裝置，它構造成能向纖維抽出區傳送粒子，以使:帔傳送粒子與已被電紡的纖維基本材料碰撞并組合，形成所述纖維。
107. 按照權利要求106的設備，還包括 包圍電紡裝置、粒子傳送裝置、和纖維抽出區的外殼。
108. 按照權利要求106的設備，其中的電紡裝置包括第一縱向 軸，而粒子傳送裝置包括第二縱向軸，該第二縱向軸與第一縱向軸在 纖維抽出區相交。
109. 按照權利要求106的設備，其中的粒子傳送裝置包括 至少噴霧器、霧化器、和電噴涂裝置之一。
110. 按照權利要求106的設備，其中的粒子傳送裝置包括 粒子源；和與粒子源輸出粒子連通的氣體載運體源。
111. 按照權利要求110的設備，其中的粒子源包括 至少如下粒子之一金屬材料粒子、有機材料粒子、氧化物粒子、半導體材料粒子、電致發光材料粒子、磷光材料粒子、藥物復合物粒 子、和生物材料粒子。
112. 按照權利要求106的設備，其中的粒子源包括 有粒子懸浮其中的液體；和干燥器，構造成能接收從液體排出的粒子并使之干燥。
113. 按照權利要求106的設備，還包括加偏壓裝置，構造成能以第一電極性對電紡裝置加偏壓，并能以 第二電極性對粒子傳送裝置加偏壓，該第二電極性與第一電極性符號 相反。
114. 按照權利要求106的設備，其中的粒子傳送裝置包括 納米粒子源，構造成能傳送平均直徑小于1 jam的粒子。
115. 按照權利要求106的設備，其中的粒子傳送裝置包括 納米粒子源，構造成能傳送平均直徑小于100 nm的粒子。
116. —種形成纖維的方法，包括 向電紡裝置的擠出單元提供纖維基本材料； 對從擠出單元進入纖維抽出區移動，離開擠出單元的纖維基本材料進行電紡；和把粒子傳送進纖維抽出區，以便在纖維形成期間，使粒子與已被 電紡的纖維基本材料碰撞并組合。
117. 按照權利要求116的方法，其中的電紡包括，向電紡裝置 施加第一電勢，而傳送粒子包括使粒子帶電至笫二電勢，該第二電勢 與第 一 電極性有相反極性。
118. 按照權利要求116的方法，其中傳送粒子包括 從至少噴霧器、霧化器、和電噴涂裝置之一輸送粒子。
119，按照權利要求116的方法，其中傳送粒子包括 傳送平均直徑小于1 nm的粒子。
120. 按照權利要求116的方法，其中傳送粒子包括 傳送平均直徑小于100 nm的粒子。
121. 按照權利要求116的方法，其中傳送粒子包括 傳送至少如下粒子之一金屬材料粒子、有機材料粒子、氧化物粒子、半導體材料粒子、電致發光材料粒子、磷光材料粒子、藥物復 合物粒子、和生物材料粒子。
122. —種復合纖維氈，包括 許多相互結合的纖維；和沿至少該許多纖維之一的長度，直接粘附于至少該許多纖維之一 上的粒子。
123. 按照權利要求122的氈，其中的粒子是被至少該許多纖維 之一的纖維材料粘附的。
124. 按照權利要求122的氈，其中的粒子至少包括如下粒子之 一金屬材料粒子、有機材料粒子、氧化物粒子、半導體材料粒子、 電致發光材料粒子、磷光材料粒子、藥物復合物粒子、和生物材料粒 子。
125. 按照權利要求122的氈，其中的粒子包括被電噴涂的粒子。
126. 按照權利要求122的氈，其中至少第一和第二纖維之一， 包括至少(2.5x1013) /W的纖維/ci^的橫截面纖維密度，這里d的值 按nm給定，小于500 nm，并由該復合纖維氈橫截面中的第一和第二 纖維直徑的平均構成。
全文摘要
一種設備和方法，其中該設備包括第一電紡裝置、第二電紡裝置、和加偏壓裝置，該第一電紡裝置構造成能電紡第一種物質的第一纖維，該第二電紡裝置構造成能電紡第二種物質的第二纖維，以便第一和第二纖維在氈形成區中組合，該加偏壓裝置構造成能以第一電極性對第一電紡裝置加偏壓，又以與第一電極性相反的第二電極性對第二電紡裝置加偏壓，為的是改善第一和第二纖維之間的吸引和合并。該方法是在第一電極性下電紡第一物質的第一纖維；在第二電極性下電紡第二物質的第二纖維；和合并第一和第二纖維，形成纖維氈。
文檔編號H01G9/058GK101203927SQ200680022275
公開日2008年6月18日 申請日期2006年5月16日 優先權日2005年5月17日
發明者博瓦·普格布, 安東尼·L·安德拉蒂, 戴維·S·恩索爾, 特里·A·沃爾克 申請人:研究三角協會