同轴静电纺再生丝素/丝胶蛋白纤维的制备及其形态结构表征

模仿蚕丝的组成和结构,利用同轴静电纺丝法制备了以再生丝素蛋白（RSF）为＂芯＂、丝胶蛋白（SS）为＂皮＂的双组分静电纺纤维。通过扫描电镜和透射电镜研究了内层纺丝液流速（Qc）、电压（U）、接收距离（D）以及场强（E）等参数对同轴静电纺RSF/SS纤维形态结构的影响。研究结果表明纤维的平均直径在1400～2100nm左右,皮-芯层结构清晰;Qc对纤维皮-芯层结构的影响较大,过大的内层纺丝液流速会因外层丝胶对内层丝素的包裹不均匀而导致偏芯现象;随E的增加（U增加或D减小）,纤维的直径及其分布显著减小,皮-芯层结构清晰;相同E下,高电压、长距离利于纤维的细化,使直径变细且分布均匀,皮-芯层结构明显。     

TiO2改性PC纳米纤维增强PMMA透光复合材料

利用同轴共纺技术制备出壳（聚甲基丙烯酸甲酯,PMMA）－芯（聚碳酸酯,PC）复合纳米纤维,再通过热压将壳层熔融后得到PC纳米纤维增强PMMA透光复合材料. 分别在复合纳米纤维的壳层或芯层中添加不同含量的纳米二氧化钛（TiO₂）粒子,观察纳米颗粒在复合纤维不同结构中的分布,并分析其含量及分布状态对透光复合材料的可见光透过率、紫外光透过率以及力学性能的影响. 研究结果表明,分布在壳层的纳米TiO₂可明显提高复合材料的紫外光屏蔽性,拉伸性能得到增强,但是透光率有所下降;分布在芯层的纳米TiO₂对复合材料的透光率影响较小,而对拉伸性能的提高较引入壳层的效果更为显著.     

单向连续碳纤维-玻璃纤维层间混杂增强环氧树脂基复合材料的力学性能

为了研究连续单向纤维的层间混杂方式对复合材料力学性能及破坏方式的影响,采用碳纤维-玻璃纤维体积比为1∶1,以拉-挤成型法制备了具有不同层间混杂结构的连续单向纤维增强环氧树脂基复合材料,并研究了不同层间混杂结构的连续单向碳纤维-玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料的力学性能及破坏形式。结果表明：具有层间混杂结构的复合材料抗拉强度处于纯碳纤维/环氧树脂复合材料和纯玻璃纤维/环氧树脂复合材料之间,复合材料的拉伸断裂方式为劈裂;具有层间混杂结构的复合材料的层间剪切强度均优于纯碳纤维/环氧树脂复合材料和纯玻璃纤维/环氧树脂复合材料,复合材料的剪切断裂方式为层间断裂。     

壳-芯电纺超细纤维作为药物释放载体的研究

应用同轴共纺技术制备了以L-型聚乳酸为壳层材料,盐酸四环素为主要芯质材料的壳-芯超细纤维膜,研究了这种超细纤维膜的微观结构、力学性能与药物释放特性.结果表明,药物能够包覆在一层很薄的可降解聚合物壳层中,形成一种储库型药物释放系统.纤维的直径大小对纤维膜的各项理化性能有较大影响.随壳层聚合物浓度升高,纤维的平均直径增大,力学强度降低.药物能够从纤维膜中持续释放出来.这种壳-芯超细纤维有望用于药物释放、载药缝合线和医用敷料等生物医学领域.     

TiO2改性PC纳米纤维增强PMMA透光复合材料

利用同轴共纺技术制备出壳（聚甲基丙烯酸甲酯,PMMA）－芯（聚碳酸酯,PC）复合纳米纤维,再通过热压将壳层熔融后得到PC纳米纤维增强PMMA透光复合材料. 分别在复合纳米纤维的壳层或芯层中添加不同含量的纳米二氧化钛（TiO₂）粒子,观察纳米颗粒在复合纤维不同结构中的分布,并分析其含量及分布状态对透光复合材料的可见光透过率、紫外光透过率以及力学性能的影响. 研究结果表明,分布在壳层的纳米TiO₂可明显提高复合材料的紫外光屏蔽性,拉伸性能得到增强,但是透光率有所下降;分布在芯层的纳米TiO₂对复合材料的透光率影响较小,而对拉伸性能的提高较引入壳层的效果更为显著.     

类弹性蛋白-蚕丝纤维复合材料的制备及性能研究

采用热交联、京尼平交联、原花青素交联和戊二醛/聚乙二醇交联4种方法制备类弹性蛋白-蚕丝纤维多孔支架材料。利用扫描电镜、傅立叶变换红外光谱和力学性能测试研究了交联类弹性蛋白-蚕丝纤维多孔材料的内部形态和结构。通过细胞毒性实验分析了不同方法交联类弹性蛋白-蚕丝纤维多孔材料的细胞相容性。结果表明,热交联和京尼平交联能制备出的类弹性蛋白-蚕丝纤维多孔支架材料具有较高和较稳定的力学性能,且具有良好的细胞相容性。     

气隙长度与芯液浓度对纤维素中空纤维膜结构与性能的影响

以离子液体氯代1-烯丙基-3-甲基咪唑([AMIM]Cl)为溶剂来纺制纤维素中空纤维膜,考察了气隙长度与芯液浓度对中空纤维膜结构与性能的影响.采用扫描电子显微镜(SEM)对膜内、外表面形态及支撑层结构进行了观察,测试了中空纤维膜的水通量、截留率等渗透性能以及最大拉伸强度、断裂伸长率、杨氏模量等力学性能.结果表明:随着气隙长度与芯液浓度的增加,中空纤维膜外表面与支撑层孔洞结构变小,内表面结构变得更加规整,膜孔隙率与水通量下降,最大拉伸强度、断裂伸长率、杨氏模量等力学性能则逐渐变大;与芯液浓度相比,气隙长度对中空纤维膜性能的影响较为显著.     

同轴静电纺丝制备PCL-PLA芯-壳结构复合纤维及其形态分析

本文采用同轴静电纺丝技术制备聚己内酯(PCL)-聚乳酸(PLA)芯-壳结构复合纤维。通过扫描电子显微镜(SEM)观察芯层-壳层溶液推进速度、纺丝电压和收集距离对PCL-PLA复合纤维形貌的影响;通过透射电子显微镜(TEM)分析芯层-壳层溶液推进速度比对PCL-PLA芯-壳结构形成的影响。结果表明:当壳层溶液推进速度大于芯层时,形成了完整的芯-壳结构;另外,随着壳层溶液推进速度的增加,PCL-PLA复合纤维芯层含量降低;随着纺丝电压和收集距离的增加,PCL-PLA复合纤维平均直径减小。     

电纺制备聚丙烯腈/聚偏氟乙烯复合纤维膜及其空气过滤性能

以聚偏氟乙烯(PVDF)为芯层,聚丙烯腈(PAN)为皮层,通过同轴法静电纺丝技术制备PAN/PVDF纳米复合纤维膜。通过向纤维膜的皮层中加入纳米硅粉、气相白炭黑、硅溶胶三种不同的纳米粒子和改变皮芯层溶液挤出速度对PAN/PVDF纳米纤维膜进行结构优化。同时,采用BET、SEM、水接触角、纤维强度仪等对纤维膜的孔结构参数、表面形貌、亲水性、力学性能等进行研究。结果表明:在皮层中加入硅溶胶后的溶液导电能力达到32.90 μL/cm,PAN/PVDF纤维膜力学性能最好,纵向断裂强度达到13.02 MPa。含有硅溶胶的口罩布的品质因子达到0.0236,远大于纯聚丙烯(PP)无纺布的品质因子(0.0127),过滤性显著提高。      

大倍率高耐热聚醚酰亚胺-聚偏氟乙烯芯壳纳米纤维锂离子电池隔膜

以高耐热、高强度的聚醚酰亚胺（PEI）为芯层材料,以电解液亲和性和界面稳定性优良的聚偏氟乙烯（PVDF）为壳层材料,构建了一种具有同轴结构的大倍率、高耐热PEI-PVDF纳米纤维锂离子电池隔膜。通过SEM、TEM、TGA、电化学工作站、电池测试系统对PEI-PVDF同轴隔膜的微观形貌和性能进行测试与表征。结果表明:PEI-PVDF同轴纤维具有清晰的芯壳结构,与商业隔膜相比,PEI-PVDF同轴隔膜具有优异的热稳定性,在180℃下处理2 h,尺寸稳定并未发生热收缩;吸液率达到520%;电化学稳定性优异,电化学窗口达到5.0 V;离子电导率达到2.3 mS·cm-1;采用PEI-PVDF隔膜组装的锂离子电池在8 C的放电流下放电比容量仍能达到107 mAh·g-1,再回到0.2 C时恢复到原始比容量的95.4%,且电池在1 C电流下循环100次后容量保持率高达92.5%,PEI-PVDF隔膜表现出的大倍率、高耐热的特点说明该纤维膜是一种高功率、高安全的锂离子电池隔膜。      

Engineering the Future of Silk Materials through Advanced Manufacturing

Silk is a natural fiber renowned for its outstanding mechanical properties that have enabled the manufacturing of ultralight and ultrastrong textiles. Recent advances in silk processing and manufacturing have underpinned a re‐interpretation of silk from textiles to technological materials. Here, it is argued that silk materials—optimized by selective pressure to work in the environment at the biotic–abiotic interface—can be harnessed by human micro‐ and nanomanufacturing technology to impart new functionalities and opportunities. A critical overview of recent progress in silk technology is presented with emphasis on high‐tech applications enabled by recent innovations in multilevel modifications, multiscale manufacturing, and multimodal characterization of silk materials. These advances have enabled successful demonstrations of silk materials across several disciplines, including tissue engineering, drug delivery, implantable medical devices, and biodissolvable/degradable devices.     

蚕丝新材料的研发

蚕丝不仅是重要的纺织原材料,还是食品、化工、生物医学与轻工业等领域的新材料.综述了蚕丝新材料的研发现状,着重探讨了丝素、丝胶的新用途,展望了蚕丝新材料的发展前景.     

Fabrication and characterization of fibroin solution and nanoparticle from silk fibers of Bombyx mori

The present investigation aims to study the effect of degumming time on the structural property of silk fiber obtained by silk cocoons of Bombyx mori, followed by preparation of the regenerated silk fibroin (RSF) solution which can be subsequently molded into silk nanoparticles. Silk fibers degummed with different media at different time intervals were investigated for the degumming loss and were characterized using Ffourier transform infrared (FTIR), differential scanning calorimetry (DSC), x-ray diffraction (XRD), and scanning electron microscopy (SEM). Maximum degumming was observed when the fibers were treated with sodium carbonate for 60 min. SEM and atomic force microscopy (AFM) images of RSF solution showed aggregation of silk globules resulting in formation of solvated macrochains and giving it an appearance of island-like morphology. Blank silk nanoparticles prepared from the RSF solution showed a smooth and spherical surface devoid of any adhesion using SEM, AFM, and transmission electron microscopy (TEM). The prepared silk nanoparticles may further be explored for loading drug entities and targeting.     

大腹圆蛛丝的形态结构

利用扫描电子显微镜分析了成熟雌性大腹圆蛛牵引丝、内外层包卵丝和蛛网框丝以及未成熟大腹圆蛛、幼蛛、Nephlia幼蛛牵引丝的形态结构特征。研究了离子刻蚀后不同成熟度蜘蛛牵引丝的形态特征 ,表明蜘蛛的成熟程度与其结构间存在着密切的关系。运用计算机图象处理技术对各试样的几何形态尺寸和外层包卵丝纳米级孔隙分布进行了定量测定     

蚕丝在生物医用材料领域的应用研究

蚕丝既是优质的天然蛋白纤维,也是优质的高分子蛋白质材料,具有良好的力学性能、生物相容性和可控的生物降解性等。随着生物医用材料领域的不断发展和各学科的交叉融合,蚕丝作为生物医用材料已展示出很强的竞争力,其在该领域的应用潜力已逐渐展现。介绍了蚕丝的构成和特点,总结了蚕丝丝素及丝胶提取的方法,综述了近年来蚕丝及蚕丝蛋白在组织工程、载药、敷料等方面的应用,并客观分析了蚕丝及蚕丝蛋白在这些具体应用过程中所发挥的重要作用及各种蚕丝材料的优缺点,最后就蚕丝在生物医用材料领域的应用前景进行了展望。     

再生丝素/丝胶共混蛋白水溶液的静电纺丝

采用静电纺丝方法制备了再生丝素/丝胶共混纤维,分析了共混配比对再生丝素/丝胶水溶液流变性能和静电纺可纺性的影响,通过扫描电镜、拉曼光谱和DSC等手段研究了所得纤维的形态和微细结构及其力学性能。研究结果表明:随着溶液中丝胶含量的增加,体系的表观粘度增大,静电纺纤维的直径减小且直径分布变窄;并且丝胶的存在有利于丝素蛋白从无规卷曲或α-螺旋结构向β-折叠结构转变,由此可提高静电纺纤维的力学性能。     

丝胶组分和高湿后处理对静电纺丝素纤维结构与性能的影响

利用静电纺丝法制备了再生丝素和再生丝素/丝胶蛋白纤维,并对所得纤维进行了高湿后处理。采用扫描电镜分析了丝胶蛋白和高湿后处理对静电纺再生丝素蛋白纤维形貌的影响,采用拉曼光谱、X射线衍射和热失重分析研究了所得纤维微细结构及热性能。研究结果表明,添加丝胶蛋白有利于降低静电纺再生丝素蛋白纤维的直径及其分布,而高湿后处理对纤维的形貌没有明显影响;添加丝胶蛋白和/或高湿后处理有利于促进丝素发生向β-折叠构象的转变,并使纤维的结晶结构得到改善,从而进一步提高纤维的热稳定性。