Page 112 - 《精细化工）》2023年第10期
P. 112
·2190· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 40 卷
明胶是胶原部分水解后得到的一类蛋白质，其
氨基酸组成与胶原相似，且与胶原具有同源性，相
对分子质量为 50000~100000，大部分来源于动物的
皮、骨及筋腱 [1-3] ，还可从废革屑中提取 [4-7] 。相较
于合成高分子材料，明胶生物相容性高，还具有来
源广泛、价格低廉等优势。
[8]
1934 年，美国的 ANTON 提出了静电纺丝技
术这一概念。该技术是指溶液或熔融物在电场力的
作用下通过针头挤出，并随着静电斥力而拉伸变形
产生“泰勒锥”，再不断延展并固化在接收器上形成
纳米纤维并堆叠成纤维膜的工艺，具有反应条件温
和、简便高效等特点。将明胶与静电纺丝技术相结
合，并辅以其他材料改性，可以获得多种性能良好
[9]
的纤维材料。明胶具有良好的生物相容性，因此明 图 1 静电纺丝装置图
Fig. 1 Electrospinning device diagram [9]
胶基静电纺丝复合纤维材料常在医疗行业中被用作
伤口敷料、组织工程支架，从而避免人体出现免疫 1.1 传统静电纺丝技术
反应。食品级的明胶无毒、环保，可用于药物载体 传统的静电纺丝法分为 3 种：共混共纺、单溶
和食品包装行业。以明胶为原料制备的纤维膜柔性 混纺和同轴共纺。共混共纺是指将多种高分子物质
好，孔隙率可调，且对皮肤无刺激，可满足制作柔 按一定比例配制纺丝溶液，并注入到一个注射器中，
性电子器件的性能需求。然而，为改善明胶纤维的 再通过同一个针头制备出组分均匀的纤维。该方法
机械性能，现阶段研究者多以戊二醛作交联剂，而 的特点是多种高分子物质可以在配制溶液的过程中
戊二醛的毒性阻碍着纤维材料的广泛应用；此外， 相互作用，因此制备出的纤维同时具有多种物质的
大多静电纺丝纤维的制备仍局限于实验室内，且纤 特性，这也是目前最常用的制备静电纺丝纤维的方
维形貌的稳定性较难控制，导致静电纺丝纤维材料 法。在此基础上还发展出乳液电纺、多针头电纺、间
的大规模生产无法实现。因此，通过探索更加多样 隙电纺、磁力电纺、图案电纺、三维电纺等多种纺
化的明胶基静电纺丝方法、开发生物质基绿色交联 丝形式。第二种方法是单溶混纺，即将不同的高分
剂，制备微观形貌可控、宏观性能优良的明胶基静 子物质分别配制成纺丝溶液并注入到不同的注射器
电纺丝复合纤维材料，对医用材料、食品包装、柔 中，在纺丝过程中不同组分的溶液喷出并相互堆叠，
性传感器等领域进一步发展具有重要现实意义。 形成纤维膜。这种方法的特点是各个组分的纳米纤维
本文介绍了静电纺丝技术的发展现状，总结了 间不存在化学相互作用，仅仅为物理方面的相互罗列
以明胶为原料制备复合纤维材料的工艺参数和复合 [10] 。第三种方法是同轴共纺，该方法的关键在于其
方法，并详细介绍了明胶基静电纺丝材料在组织工 纺丝针头由同心但内径不同的两根毛细管组成，将
程支架、柔性传感器、食品包装等领域中的应用。 两种不同的纺丝溶液分别注入到不同的管道后，可以
最后展望了明胶基静电纺丝材料的研究方向及发展 形成具有芯鞘结构的纤维。同轴纺丝法与其他方法相
前景。 比，解决了某些不可纺聚合物的纳米纤维制备难题 [11] ；
同时，以芯提取和芯分离的方式除去纤维内层物质，
1 制备明胶基复合纤维材料的静电纺丝技术
可得到具有中空结构的纳米纤维，这使得制备复杂
静电纺丝法的原理是将溶液通过毛细管挤出， 材料的可能性大大提高，现已广泛应用于组织工程 [12] 、
再通过电场力的作用拉伸成一个锥体（即“泰勒 环境工程 [13] 、能源 [14] 和生物传感 [15] 等领域。
锥”），并向收集装置飞去，伴随着喷射拉伸过程， 1.2 新型静电纺丝技术
溶剂挥发形成静电纺丝纤维，进而沉积堆叠形成纳 在传统静电纺丝技术的基础上，近几年又衍生
米纤维膜。静电纺丝装置由注射泵、针头、高压电 出几种改良的静电纺丝技术，如微流体气喷纺丝法
[9]
源及收集器 4 个部分组成 ，其装置示意图见图 1。 （MBS）、熔融静电纺丝书写法（MEW）和原位静
收集器又分为平板接收器和旋转接收器，在平板接 电纺丝技术。
收器上形成的纳米纤维具有随机取向性，而旋转接 1.2.1 微流体气喷纺丝法
收器可以用来制备纤维具有一定取向性的纤维膜， 微流体气喷纺丝法由南京工业大学陈苏教授课
因此用户可根据不同的需求选择相应的收集装置。 题组开发。该技术可实现超细纤维的制备（平均直
