邓伶俐 李 阳 张 辉*

    (1 湖北民族大学生物科学与技术学院 生物资源保护与利用湖北省重点实验室超轻弹性体材料绿色制造国家民委重点实验室 湖北恩施445000 2 浙江大学生物系统工程与食品科学学院 浙江省农产品加工技术研究重点实验室浙江省食品加工技术与装备工程中心 杭州310058)

    1 静电纺丝技术

    静电纺丝技术是指聚合物熔体或者溶液在高压静电场作用下形成纤维的过程。与电喷技术形成的是单分散微米或者纳米聚合物球不同，静电纺丝技术是使带有电荷的高分子熔体或者溶液在高压静电场中喷射、拉伸、劈裂、固化或者溶剂挥发，最终形成纤维状物质的过程。早在1882年，Rayleigh[1]在研究带电液体微滴产生的不稳定问题时就指出当静电力克服表面张力时即可产生液体射流。直至1934年Formhals Anton 申请专利-一种人造纱的生产工艺及装置[2]。直到1990年左右纳米科技的兴起才让大家关注静电纺丝在工业上的应用。电纺得到的纤维尺度通常在几十纳米到几微米之间[3]，纳米级纤维能够赋予其所制备材料很多特殊的性质。

    静电纺丝成形所用时间极短，整个过程原理涉及多交叉学科，包括流变学、流体力学、空气动力学、静电学等。常规纺丝装置如图1和图2所示，纺丝溶液被放入注射器中，金属电极连接溶液或者金属喷头，接受装置直接接地或者接通与金属电极相反的电极。喷头处的液滴在无电场的情况下受重力和表面张力平衡，随着电场的施加，液滴还收到电场力的作用形成锥体。随着电场强度的增加，锥体上的电荷密度增加，锥体角度增加。当超过临界电压时，表面张力与电场力的平衡被打破，此时产生锥形及泰勒锥(Taylor cone)，泰勒锥处带电液滴喷射成纤维束，沿电场力的方向被拉伸，其间伴随着纤维束的劈裂细化和弯曲移动。在纤维束的喷射过程中，溶剂挥发和熔体冷却使纤维束逐渐固化，沉积于收集板上。

    2 静电纺丝蛋白

    2.1 胶原蛋白

    胶原蛋白主要分布于动物的皮肤、骨、腱等连接组织中，是构成动物体最广泛的蛋白质。胶原蛋白具有优良的生物相容性和可降解性，对大部分细胞的粘附力强，在体内可由胶原酶的水解使其发生降解，在组织工程支架和伤口包覆方面具有广泛的应用。胶原蛋白在水中不溶，其电纺溶剂选择多集中在有机溶剂，如四氢呋喃[4-5]。Buttafoco等[6]首次尝试用10 mmol/L 盐酸作为溶剂，通过加入5wt% PEO 以及42.5 mmol/L 的NaCl 实现了胶原蛋白纳米纤维的制备。天然胶原蛋白需要有机溶剂或者添加盐来打破其氢键结构从而实现电纺 ......