一種復合包芯靜電紡絲噴頭的使用方法與流程

本發明涉及一種靜電紡絲噴頭的使用方法，從使用上講，是一種基于靜電紡絲法得到復合包芯纖維用的靜電紡絲噴頭的使用方法。

背景技術：

同軸靜電紡絲法是在靜電紡絲的基礎上改進裝置發展而來的一種工藝，可用來制備特殊功能結構的纖維材料，它的出現彌補了普通靜電紡絲法在制備非常規結構纖維時所存在的缺陷。但是，由于同軸靜電紡絲的噴頭，以及操作工藝及其嚴格，不容易控制生成雙層或復合的纖維，特別是內針頭管道伸出外針頭管道的距離是影響同軸噴射流形成的關鍵性因素：距離太小時，內管道溶液容易被外層管道的溶液堵住，內針頭溶液沒辦法順利流出，此時在電場力作用下內層溶液得不到拉伸，僅有外層溶液形成射流。距離太大時，溶液沿內管壁的外表面流出，無法將內針頭伸出部分完全包覆，進而導致許多溶液從針頭四周射出，無法得到穩定的同軸噴射流。

因此，解決上述問題，需要設計一種精準、易操作的同軸靜電紡絲噴頭及其使用方法，能夠制備核-芯結構、中空結構及多級結構的纖維材料提供技術的支撐，進而拓寬納米纖維的應用領域。

技術實現要素：

本發明的技術方案為：一種復合包芯靜電紡絲噴頭的使用方法，使用的噴頭由內管和外管組成。內管的端頭封閉，管頭呈H₄高的尖錐形，在距離封閉的管頭底邊H₃尺寸的地方，加工有一個反相均液環，在距離反相均液環H₂尺寸的地方，加工有一個小均液環，在距離小均液環H₁尺寸的地方，加工有一個大均液環。均液環的設計在于將上述出口的溶液很好地均勻涂覆在內管圓周壁上，避免出現線流而導致各種溶液混合不均勻。在距離大均液環上方h尺寸的地方，加工有垂直內管軸向，橫向貫通內管內徑的2個對稱的上貫通口；在距離大均液環下方h尺寸的地方，加工有垂直內管軸向，橫向貫通內管內徑的，方向與上貫通口十字對稱排布的2個對稱的下貫通口。相互十字對稱排布的貫通口設計，避免溶液在一個方向上堆積，易于溶液鋪展。內管的橫向貫通口的設計，改變了原同軸噴頭內外管開口都一致，容易導致各個組分來不及相互混勻或內外包覆不好的問題。設計在于避免了原同軸靜電紡絲噴頭的內外噴頭針管，在紡絲過程中，由于內外針頭管間距、長度等參數設置不好，而造成的其內管與外管不同組分溶液的混合不均的難題。從上貫通口上部平齊線開始的內管表面，一直到管頭的表面，均加工有與內管溶液相浸潤的管體處理表面；大均液環和小均液環的表面，都加工有與內管里流動的溶液相浸潤的大均液環處理表面和小均液環處理表面，并具有向下引流作用微納米結構；反相均液環的表面，加工有與外管里流動的溶液相浸潤的、與內管里流動的溶液不相浸潤的反相均液環處理表面，并只具有溶液涂覆的微納米表面結構，沒有向下引流的結構。這是本發明其中一個創新點，目的在于將內管流出的溶液快速地鋪滿內管表面，為外管的另外一種溶液下一步均勻包覆內管流出的溶液，或均勻混合內管出口流出的溶液做準備。同時，在反相均液環處，因外管溶液容易涂覆，所以能夠更好地被外管的溶液包覆或混合。

其特征在于，使用方法如下。

第一步，根據實驗所用溶液的性質，用溶劑或去離子水清洗內管和外管外表面；再開通各管路的供液系統，用溶劑或去離子水清洗內管外管的內通道0.5h，烘干內管和外管待用。

第二步，安裝好內管和外管的供液，先開通內管的供液系統，待內管的管頭有溶液滴落，并保持勻速滴落5min-8min，再開外管的供液系統，待外管的溶液包覆內管的溶液，并在管頭有溶液滴落，保持勻速滴落5min-8min；或者，先開通外管的供液系統，待外管的溶液在管頭有溶液滴落，并保持勻速滴落5min-8min，再開內管的供液系統，待內管的溶液被包覆在外管的溶液里，并在管頭有溶液滴落，保持勻速滴落5min-8min。

第三步，設定接收距離為20cm~30cm，以電壓12kv~20kv，外管流速5 mL/h ~15mL/h，內管流速0.5mL/h~2 mL/h，開始通電紡絲。

第四步，紡絲結束后，重復步驟一，清洗內管和外管，烘干待用。

上述技術方案中，所使用的噴頭的上貫通口的開口直徑?_上與下貫通口的開口直徑?_下，之間尺寸關系是?_上= 1.5?_下 。設計目的是為了保證內管的上貫通口與下貫通口的溶液，在計算的合理管徑和流速下，上下兩層出口的溶液，能夠迅速匯合，均勻鋪展在內管表面。所述上貫通口的下邊到大均液環的距離h=3?_上，下貫通口的上下邊到大均液環和小均液環的距離h=3 ?_上。所述反相均液環、小均液環和大均液環的厚度h₁一致，h₁= ?_上。設計目的同樣是為了保證內管的上貫通口與下貫通口的溶液，能夠均勻鋪展在內管表面，同時與被輔助管流出的溶液均勻包覆；或者，與輔助管流出的溶液均勻混合做準備。

上述技術方案中，所使用的噴頭的大均液環與小均液環之間的距離H₁ ≥5 ?_上 ，小均液環與反相均液環之間的距離H₂ ≥5（?_上+ ?_下），反相均液環到管頭底邊的距離H₃ =2（H₁+ H₂），管頭的尖角角度α= 60°~ 90°。距離和角度的限定了實驗最優參數的選擇，目的是保證外管流出的溶液和內管流出的另外一種溶液，有足夠的流程混合或包覆。在高壓靜電拉伸時，保證已經是一體的。

上述技術方案中，所使用的噴頭的外管（12）的內徑半徑與內管（1）的外壁半徑只差L₀ ≥5?_上；反相均液環（2）半徑與內管（1）的外壁半徑之差L₃ =0.5 ?_上~ 4?_上；小均液環（3）外沿半徑與內管（1）的外壁半徑之差L₂ = 0.5 ?_下~ 2?_下；大均液環（2）外沿半徑與內管（1）的外壁半徑之差L₁ =0.5 ?_上~ 2?_上；所述內管（1）伸出外管（12）的平口端的距離h₀ = 2L₀。此設計，使得外管和內管的溶液能夠均勻混合，在相同參數設置下其流速與內管的溶液的流速基本相同，簡化了操作的參數設定，統一設置參數即可。

上述技術條件設計，是本發明能夠依據不同的實驗，制備不同的復合靜電紡絲纖維。如果，外管的溶液和內管的溶液均是一樣的親水或疏水，能夠使用本發明。兩者溶液揮發速率相似，能夠容易形成混合復合纖維，如兩者溶液揮發速率有差別，能夠容易形成核-殼層狀結構的復合纖維。如果外管的溶液是親水，另一個內管的溶液是疏水，本發明也能夠用。或者，內管的溶液是親水，外管的溶液是疏水，本發明也能夠用。也能夠容易形成核-殼層狀結構的復合纖維。

本發明設計的同軸靜電紡絲噴頭與現有的常規同軸靜電紡絲相比，本發明有下列有益效果。

（1）因為在高壓靜電紡絲前幾種原料溶液已經混合為一體，在操作參數的設定過程中，能夠依照單針管噴頭進行操作，只需在本發明噴頭的封閉尖頭處形成復合泰勒錐，繼而從泰勒錐體拉伸出由殼層包覆核層的同軸殼-芯復合結構的纖維。操作工藝簡單。

（2）同時，能夠實現兩種以上不同組分的溶液的混合靜電紡絲，為加工核-殼結構、中空結構、多孔結構的功能化纖維材料提供很大的便利。

（3）本發明能夠廣泛應用于藥物緩釋、組織工程以及藥物載體等領域。

附圖說明

圖1為本發明的內管結構主視示意圖。

圖2為本發明的內管結構尺寸標注示意圖。

圖3為本發明的裝配結構主視示意圖。

圖4為本發明的裝配結構仰視示意圖。

其中：1.內管；2.反相均液環；3.小均液環；4.大均液環；5.上貫通口；6.管體處理表面；7.大均液環處理表面；8.下貫通口；9.小均液環處理表面；10.反相均液環處理表面；11.管頭；12.外管。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例進一步對本發明加以說明。

具體實施例一

本發明的. 一種復合包芯靜電紡絲噴頭的使用方法，使用的噴頭由內管1和外管12組成。大均液環4和小均液環3的表面的大均液環處理表面7和小均液環處理表面9，具有向下引流作用的微納米結構，與內管里流動的溶液相浸潤。反相均液環2的表面的反相均液環處理表面10與外管12里流動的溶液相浸潤的、與內管里流動的溶液不相浸潤，沒有向下引流的結構。內管1內徑2mm，上貫通口5的開口直徑?_上=0.75mm，下貫通口8的開口直徑?_下= 0.5mm。上貫通口5的下邊到大均液環4的距離h=2.25mm，下貫通口8的上下邊到大均液環4和小均液環3的距離h=2.25mm。反相均液環2、小均液環3和大均液環4的厚度h₁一致，h₁=0.75mm。

大均液環4與小均液環3之間的距離H₁ =8mm，小均液環3與反相均液環2之間的距離H₂=7.5mm，反相均液環2到管頭11底邊的距離H₃ =15.5mm，管頭11的高H₄ ≥H₁，管頭的尖角角度α=90°。

外管12的內徑半徑與內管1的外壁半徑只差L₀ =3.75mm；反相均液環2半徑與內管1的外壁半徑之差L₃ =1.5mm；小均液環3外沿半徑與內管1的外壁半徑之差L₂ = 1mm；大均液環2外沿半徑與內管1的外壁半徑之差L₁ =1.5mm；內管1伸出外管12的平口端的距離h₀ = 7.5mm。

從上貫通口5上部平齊線開始的內管1表面，一直到管頭11的表面，加工有親水、疏油的管體處理表面6。大均液環4和小均液環3的表面，都加工有親水、疏油的大均液環處理表面7和小均液環處理表面9，并具有向下引流作用的微納米結構。反相均液環2的表面，加工有疏水、親油的反相均液環處理表面10，并只具有溶液涂覆的微納米表面結構，沒有向下引流的結構。操作步驟如下。

第一步，用去離子水清洗內管1表面，用三氯甲烷清洗外管12外表面6次。再開通各管路的供液系統，用去離子水清洗內管1的內通道0.5h，用三氯甲烷清洗外管12的內通道0.5h，烘干內管1和外管12待用。

第二步，將分子量10萬的聚乳酸-羥基乙酸共聚物PLGA溶于三氯甲烷，配制成15%（w/v）溶液，裝入外管12的供液系統中。將分子量6萬聚乙烯亞胺PEI配制成30%（w/v）水溶液，裝入內管1的供液系統中。先開通內管1的供液系統，待內管1的管頭11有溶液滴落，并保持勻速滴落5min，再開通外管12的供液系統，待外管12的溶液包覆內管1的溶液，并在管頭11有溶液滴落，保持勻速滴落8min。

第三步，設定接收距離為20cm，以電壓12kv，外管12流速10mL/h，內管1流速0.6mL/h，開始通電紡絲。得到核殼結構的復合包芯靜電紡絲纖維。

第四步，紡絲結束后，重復步驟一，清洗內管1和外管12，烘干待用。

具體實施例二

本發明的一種復合包芯靜電紡絲噴頭的使用方法，使用的噴頭由內管1和外管12組成。大均液環4和小均液環3的表面的大均液環處理表面7和小均液環處理表面9，具有向下引流作用的微納米結構，與內管里流動的溶液相浸潤。反相均液環2的表面的反相均液環處理表面10與外管12里流動的溶液相浸潤的、與內管里流動的溶液不相浸潤，沒有向下引流的結構。內管1內徑1.25mm，上貫通口5的開口直徑?_上=0.6mm，下貫通口8的開口直徑?_下= 0.4mm。上貫通口5的下邊到大均液環4的距離h=1.8mm，下貫通口8的上下邊到大均液環4和小均液環3的距離h=1.8mm。反相均液環2、小均液環3和大均液環4的厚度h₁一致，h₁= 0.6mm。

大均液環4與小均液環3之間的距離H₁=4.2mm，小均液環3與反相均液環2之間的距離H₂ =5mm，反相均液環2到管頭11底邊的距離H₃ = 18.4mm，管頭11的高H₄ ≥H₁，管頭11的尖角角度α= 60°。

外管12的內徑半徑與內管1的外壁半徑之差L₀ =3mm；反相均液環2半徑與內管1的外壁半徑之差L₃ =1.2mm；小均液環3外沿半徑與內管1的外壁半徑之差L₂ = 0.6mm；大均液環2外沿半徑與內管1的外壁半徑之差L₁ =1.2mm；內管1伸出外管12的平口端的距離h₀ = 6mm。

從上貫通口5上部平齊線開始的內管1表面，一直到管頭11的表面，加工有疏水親油的管體處理表面6。大均液環4和小均液環3的表面，都加工有疏水親油的大均液環處理表面7和小均液環處理表面9，并具有向下引流作用的微納米結構。反相均液環2的表面，加工有親水疏油的反相均液環處理表面10，并只具有溶液涂覆的微納米表面結構，沒有向下引流的結構。操作步驟如下。

第一步，用去離子水清洗外管12表面，用三氯甲烷清洗內管1外表面；再開通各管路的供液系統，用去離子水清洗外管12的內通道0.5h，用三氯甲烷清洗內管1的內通道0.5h，烘干內管1和輔助管5待用。

第二步，將分子量10萬的聚乳酸-羥基乙酸共聚物PLGA溶于三氯甲烷，配制成15%（w/v）溶液，裝入內管1的供液系統中。將分子量6萬聚乙烯亞胺PEI配制成30%（w/v）水溶液，裝入外管12的供液系統中。先開通外管12的供液系統，待外管12的溶液在管頭11有溶液滴落，保持勻速滴落5min。再開通內管1的供液系統，待內管1的溶液被包覆，并管頭11有溶液滴落，并保持勻速滴落8min。

第三步，設定接收距離為30cm，以電壓20kv，外管12流速12mL/h，內管2流速1mL/h，開始通電紡絲。得到中間多孔的復合包芯靜電紡絲纖維。

第四步，紡絲結束后，重復步驟一，清洗內管1和外管12，烘干待用。