丝素 聚己内酯纳米纤维膜结构与力学性能的研究

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1、丝素聚己内酯纳米纤维膜结构与力学性能的研究　　摘要：利用高压静电纺丝技术制备丝素（SF）/聚己内酯（PCL）纳米复合纤维膜。通过热场发射扫描电镜、傅里叶红外光谱、广角X-射线衍射和力学拉伸的方法表征了纳米纤维膜的结构与力学性能。结果表明：随着纺丝液浓度的提高，纤维直径增大，在电纺液浓度为20%时，纳米纤维网中纤维形态清晰、直径分布较均匀、成膜性较好；随着溶质中丝素含量的降低，纳米纤维膜的力学拉伸性能由硬而脆向软而弱转变，在SF含量达到50%时，纤维膜的力学性能已得到较好改善；甲醇可诱导SF的分子构象

2、从无规卷曲和SilkⅠ转变为SilkⅡ；纳米纤维膜中纤维呈无规则排列，双轴力学拉伸表现为各向同性。 　　关键词：电纺技术；纳米纤维膜；双轴拉伸；机械性能；各向同性 　　Abstract：Inthisarticle，silkfibroin（SF）/poly（ε-caprolactone）（PCL）nanocompositefibermembraneswerepreparedbyusinghigh-voltageelectrostaticspinningtechnology，andthestructur

3、eandmechanicalpropertiesofthenanofibermembraneswerecharacterizedbyusingFE-SEM，ATR-FTIR，XRDandmechanicalstretchingmethods.Theresultsshowedthatthediametersoffibersincreasewithincreaseoftheconcentrationofspinningsolutionandthefibersinthenanofibermembranes

4、haveclearmorphology，evenlydistributeddiametersandexcellentfilm-formingperformancewhenthesolutionconcentrationreaches20%；themechanicaltensilepropertiesofthenanofibermembranesturnfromhardandbrittletosoftandweakwhentheSFcontentinthesolutionreduces；methano

5、lcaninducetheSFmolecularconformationtoturnfromrandomlycrimpedandSilkItoSilkII；andthefibersinthenanofibermembranesarerandomlyarrangedandpresentisotropicbiaxialmechanicaltensile. 　　Keywords：electrospinning；nanofibermembrane；biaxialtensile；mechanicalprope

6、rty；isotropic 　　纳米纤维膜具有孔隙率高、比表面积大等优点，因此具有一些特殊的性能。近年来，国内外研究者报道了纳米纤维膜应用于复合增强、生物医用、过滤分离和电子器件等领域的前景。SF来源于天然蚕丝，具有良好的生物相容性和透气透水性，作为生物医用材料支持细胞的生长、增殖和分化，而且可生物降解，这使其成为了组织工程器官和组织构建中的新型材料。但是纯SF的抗拉强度很高而断裂伸长率只有4%～16%，表现出较差的柔韧性，在一定程度上限制了其应用。PCL是一种半结晶性高聚物，具有机械强度高、柔韧性

7、佳、生物安全性好及可生物降解等特点，是经美国食品药品监督管理局（FDA）批准可安全用于人体的化工材料。SF与PCL共混复合纺丝，在不影响丝素蛋白生物学性能的同时可以改善纤维的力学性能。 　　目前，已有研究者对SF或PCL采用静电纺丝的方法制造出了微纳米纤维膜，并研究了其作为组织工程支架用纤维膜的结构对细胞吸附、生长、增殖、分化的影响，也有一些文献报道了静电纺SF或PCL的纤维结构及后处理对膜结构的影响。但在静电法制备SF/PCL纳米纤维膜过程中纺丝液浓度及溶质配比变化对膜形态结构和膜平面拉伸性能的研

8、究未见详细报道。本文对SF/PCL纳米纤维膜的结构性能进行了详细研究，讨论了纺丝液浓度、溶质配比和甲醇处理对膜结构和拉伸性能的影响，为SF/PCL纳米膜的广泛应用做出了有益探索。 　　1试验 　　1.1材料 　　SF（浙江桐庐），PCL（深圳光华伟业有限公司，粘均分子量8万）。 　　1.2试样制备 　　将SF/PCL分别按质量比0∶1、1∶3、1∶1、3∶1、1∶0配好，溶于98%甲酸（上海凌峰化学试剂有限公司，AR）中，常温下在磁力搅拌器（IKA？CM-MAGHS7