一种多功能异向纤维及利用不良溶剂固化的方式制备的方法与流程

本发明属于高分子功能材料领域，具体涉及一种利用不良溶剂固化的方式制备多功能异向纤维的方法。

背景技术

纤维是指由连续或不连续的细丝组成的物质。自然界中存在着很多的天然纤维，从植物、动物到矿物中都可以获得纤维，如黄麻、羊毛、矿物纤维等，在动植物体内，纤维在维系组织方面起到重要作用纤维用途广泛，纤维还可以织成细线、线头和麻绳，造纸或织毡时还可以织成纤维层；同时也常用来制造其他物料，及与其他物料共同组成复合材料。在我们的日常生活中天然纤维随处可见，与天然纤维相比较，化学纤维是一种经过化学手段加工处理而得到的纤维，并且有着广泛的来源和种类，在很多行业都有着重要的应用，比如说纺织业、军事、医药、环保、建筑、生物材料等诸多领域均受到了高度重视。在科学技术快速发展的今天，均一材质、单一功能的纤维已经无法满足人们的需求，复合纤维的制备显得尤为必要。对于传统的纤维制备方法而言，如熔融纺丝、湿法纺丝、静电纺丝等，由于其在工艺和原理方面的限制，在制备复杂结构和多功能的纤维上遇到了困难，尤其是在药物缓释控释、生物工程等领域，均一材质、单一功能的纤维很难或无法满足多药物的智能化释放和作为组织支架、细胞培养的三围载体等的要求。

微流控是在微米级别尺寸上的流体技术，具有装置简单、体积小、液体流动可控、消耗样品少、易于操作等优点利用微流体技术制备的微流体通道装置，能够很好地控制各异向纤维的组成、多功能化的实现，在药物缓释控释、基因组学、细胞培养的领域有着很好的应用前景和空间。传统的微流体手段大都借助连续流动相来制备纤维或微球，流动相溶液一般选用甲基硅油、正16烷、石蜡油、大豆油等。利用有机持续相等会引入杂质、不够绿色，而且后处理及固化、分离的步骤较为复杂，这就限制了其在生物学等领域的应用，所以简单的绿色的新方法建立势在必行，同时，新方法的开发及多面异向纤维合成仍是一项具有挑战性的任务。

技术实现要素：

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实例。在本部分以及申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或者省略以免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述和/或现有多功能纤维的技术空白，提出了本发明。

因此本发明其中的一个目的是解决现有技术不足，提供一种利用不良溶剂固化的方式制备多功能异向纤维。

在本发明的一个较佳实例实例中，所述多组分结构的形状相同或相异。

在本发明的一个较佳实例中，所述的纤维由聚丙烯腈、邻苯二甲酸醋酸纤维素、乙基纤维素、醋酸纤维素、聚苯乙烯、聚己内酯、聚氨酯中的一种或多种材料组成。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：提供一种制备所述的各异向纤维的制备方法，所制备的纤维是通过微流体装置实现的，包括以下步骤：

首先，微流控装置的搭建

利用微流体加工技术，采用微通道构建不同通道数和通道出口处具有不同壳结构的微流体设备，同时配备小过度滑轮和纤维收集器：

其次，多功能纤维的制备步骤：

利用泵体将一种或多种聚合物分别装入注射器，连接各自的微通道入口，用数控注射泵控制各微通道中个聚合物溶液的流速，将微流体装置末端插入到盛水的接收装置中，利用不良溶剂固化的方式即可得到各异向的多功能微纤维。

在本发明的较佳实例中所述通道出口处的壳结构的横截面可以随意变化形状，如圆形、长方形、锯齿形或菱形等，所述通道为一个或者多个，各个通道彼此独立且平行排列。

在本发明的较佳实例中，所述的固化方法为以蒸馏水、乙醇或二者混合物为不良溶剂固化的方法。

在本发明的较佳实例中，所述的收集方式为不同转数的滚筒收集，可控制收集纤维的粗细。

本发明的有益效果，制备过程简单，所使用的方法绿色、快速、纤维的异面数量、形貌、尺寸均可调，且可重复性好，基于这些优点，用此方法制备的各异向功能纤维会有更广泛的潜在应用。

附图说明

图1是本发明完整的纤维制备和收集装置的示意图。

附图中的各部件标记如下：1、单通道2、单通道3、单通道4、可变换形状的壳状结构，5、不良溶剂的接收装置6、辅助纤维收集小过度滑轮7、转动收集装置8、可数控电机

具体实施方式

为了使本发明的上述目的、特征和优点更加明显易懂，下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式做详细点的说明，从而对本发明的保护范围做出更为清晰点的界定。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，本领域的技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似的推广，因此本发明不受具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

优选的，各通道内的聚合物组分相同或相异。

优选的，所述的纤维由聚丙烯腈、邻苯二甲酸醋酸纤维素、乙基纤维素、醋酸纤维素、聚苯乙烯、聚己内酯、聚氨酯中的一种或多种材料组成，溶剂为dmf。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：提供一种制备所述的多功能各异向纤维的制备方法，所制备的纤维是通过微流体装置实现的，包括以下步骤：

首先，微流控装置的搭建

利用微流体加工技术，采用微通道构建不同通道数和通道出口处具有不同壳结构的微流体设备，同时配备过渡小滑轮和纤维收集器：

其次，多功能纤维的制备步骤：

利用泵体将一种或多种聚合物分别装入注射器，连接各自的微通道入口，用数控注射泵控制各微通道中个聚合物溶液的流速，将微流体装置末端插入到盛水的接收装置中，利用不良溶剂固化的方式即可得到各异向的多功能微纤维。

优选的，所述通道出口处的壳结构的横截面可以随意变化形状，如圆形、长方形、锯齿形或菱形等，所述通道为一个或者多个。

优选的，所述的固化方法为以水、乙醇或二者混合物为不良溶剂，原理：水或醇是所选聚合物的不良溶剂，聚合物的溶剂(dmf)可溶于水或醇，而聚合物不溶于水，结果导致聚合物会瞬间固化成微球。

优选的，所述的收集方式为不同转数的滚筒收集，可控制收集纤维的粗细。

本发明利用微流控技术，设计组装带有壳结构的多通道的微流体装置，通过调节各通道的聚合物溶液的种类和流速，制备各异向的多功能纤维，各组分聚合物的种类和功能进行区分。选择不同性质的聚合物溶液(或在不同聚合物中加入功能分子或粒子等)进行纤维制备，可制备得到不同功能的各异向纤维，和传统的纤维制备方法相比，首先可实现纤维的多功能化，其次，本发明的装置简单，操作方便、方法绿色、在一些生物相关领用应用性更强。具体制备方法包括以下步骤：

本发明提供了一种利用不良溶剂固化的方式制备多面异向多功能纤维的制备方法，其包括三个步骤：

将溶液推入到接收装置中；

进入接收装置中的流体在收集装置溶液中固化成纤维，即得目标纤维。

用滚筒收集器以一定的转数对纤维进行收集；

第一步：将一定浓度的纳米粒子或药物加入到聚合物溶液中，充分振荡或超声混匀(这些聚合物可以单独使用)，聚合物可以是聚丙烯腈、邻苯二甲酸醋酸纤维素、乙基纤维素、醋酸纤维素、聚苯乙烯、聚己内酯、聚氨酯中的一种，微流体装置的不同通道可以用同一种聚合物溶液或不同聚合物溶液，不良溶剂为水溶液。

第二步：利用推进泵将一种或多种聚合物溶液推入通道中，在通道出口处的壳部件处汇集，接触到接收装置中的不良溶剂随即固化成纤维，此外通过改变通道外壳的形状可获得不同的形状和表面结构的纤维。

第三步：通过调节收集器的收集速度来获得不同直径的多功能异向纤维。

实施例1具有两组分结构的各异向多功能纤维的制备：

1.微流体设备的构建：

利用微机械和手工加工的方法，制备微流体通道，包括各个单通道部件，以及通道出口处的壳结构部件，壳结构部件为圆形结构。

2.纤维的制备

(1)各种聚合物溶液的配置：

聚合物溶液1：10％的聚丙烯腈溶液，加入0.2的纳米四氧化三铁粒子。

聚合物溶液2：11％醋酸纤维素溶液，裹入1％的香豆素为模型药物

(2)纤维的形成和固化

将上述两种溶液分别装入不同的注射器，连接各自的微通道入口，微流体装置出口浸入到蒸馏水液面以下，利用数控注射泵来控制两相聚合物溶液的流动速度，启动滚筒收集装置收集纤维，纤维具有高度的趋向性，得到纤维为圆形的具有磁响应的双面异向纤维，可用于药物缓释。

实施例2三面异向多功能纤维的制备

1.微流体设备的构建：

利用微机械和手工加工的方法，制备微流体通道，包括各个单通道部件，以及通道出口处的壳结构部件(壳状结构为圆形)。

2.纤维的制备

(1)各项聚合物溶液的配置：

聚合物溶液1：配置25％临苯二甲酸醋酸纤维素溶液，包裹1％的香豆素为模型药物。

聚合物溶液2：配置30％聚苯乙烯溶液，包裹1％的ag纳米粒子和1％的香豆素为模型药物。

聚合物溶液3：配置20％的聚己内酯溶液，包裹0.5％的四氧化三铁纳米粒子。

(2)纤维的形成和固化

将上述三种溶液分别装入不同的注射器，连接各自的微通道入口，将微流体装置出口浸入到水液面以下，利用数控注射泵来控制三相聚合物溶液的流动速度，调节好后，即可对纤维进行固化和通过调整收集器的转数进行收集，得到对ph响应、近红外响应和磁响应的多功能异向纤维，可实现药物多重响应性释放。

实施例3五面异向多功能纤维的制备

1.微流体设备的构建：

利用微机械和手工加工的方法，制备微流体通道，包括各个单通道部件，以及通道出口处的壳结构部件(壳状结构为锯齿状)。

2.纤维的制备

(1)各项聚合物溶液的配置：

聚合物溶液1：配置10％临苯二甲酸醋酸纤维素溶液，包裹1％的香豆素为模型药物。

聚合物溶液2：配置20％临苯二甲酸醋酸纤维素溶液，包裹1％的香豆素为模型药物。

聚合物溶液3：配置10％的聚己内酯溶液，包裹0.5％ag纳米粒子四氧化三铁纳米粒子和1％的罗丹明为模型药物

聚合物溶液4：配置20％的聚己内酯溶液，包裹1％ag纳米粒子和1％的罗丹明为模型药物。

聚合物溶液5：配置15％的聚氨酯溶液，包裹0.5％的四氧化三铁纳米粒子。

(2)纤维的形成和固化

将上述五种溶液分别装入不同的注射器，连接各自的微通道入口，将微流体装置的出口处浸入不良溶剂水液面以下，利用数控注射泵来控制各相聚合物溶液的流动速度，调整好流速后，即可对纤维进行固化和收集，得到外表面为锯齿状结构的纤维，纤维为双载药、可实现分阶段释放，同时具有近红外响应和磁响应，及得到可实现双载药、多响应、阶段性释放的多功能纤维。

在纤维的制备过程中，可实现药物或其它功能纳米材料的同步包裹，可应用于药物释放、组织工程、细胞培养等领域。

本发明通过利用微流控技术，利用不良溶剂固化的方式可制备多面异向纤维，利用构成各异向纤维的聚合物不同和加入的功能性粒子不同等可轻易的实现多功能纤维的制备，同时，制备过程简单、高效、绿色且形貌尺寸可控，重复性好。