静电纺丝法制备三维聚二甲基硅氧烷纳米通道.pdf

第29卷第1期
应用化学
Vol 29 Iss. 1
2012年1月
CHINESE JOURNAL OF APPLIED CHEMISTRY
Jan.2012
静电纺丝法制备三维聚二甲基硅氧烷纳米通道
徐松秀王寅宁丛远华蒋诗平”李良彬”
(中国科学技术大学国家同步辐射实验室,核科学与技术学院合肥230029)
摘要利用静电纺丝技术构建了新型三维纳米通道系统。在不同质量分数的聚苯乙烯(PS:M、=1.3x
10)溶液中加入一定量十二烷基磺酸钠(SDS),于不同电压下进行静电纺丝。所得纤维在90℃加热粘连后,
形成三维聚苯乙烯纳米网络模板,然后于聚二甲基硅氧烷(PDMS)预聚体(含10%交联剂)灌注进入上述模
板并交联形威网络复合材料,再用二硫化碳超声除去聚苯乙烯纤维。采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜
对纤维模板形貌和纳米通道进行了表征。结果表明,质量分数为10%的S溶液加入0.5%SDS,在20kV电
压下进行静电纺丝,得到直径为150nm的纤维。SDS的加入对纺丝纤维具有平滑作用,使得粘连的纤维模板
更易去除,形成的三维纳米通道直径约160mm,与纤维模板直径一致。该类型纳米通道可以应用于医学药物
载休、纳流控芯片等众多领域。
关键词静电纺丝,聚苯乙烯,聚二甲基硅氧烷,纳米通道
中图分类号:0634
文献标识码:A
文章编号:1000-0518(2012)01-002306
DOI:10.3724/SRP.J.1095.2012.00045
纳米通道在催化、医学、生物等领域具有良好的应用前景,近10年引起了科学界的广泛关注。
目前,制备纳米通道的方法主要有以下几种:1)掩模加工法2,在这种方法中多使用精密的光刻技术,
如电子束光刻( electron- beam lithography,EBL)31,聚焦离子東光刻( focused ion beam,HIB)-56,质子
束刻写( proton-beam writing,PBW)等。Chen等?利用激光干涉光刻( laser interference lithography,LL
的方法在硅基片上制作纳米通道。 Wolfram等在潮湿条件下,硅表面热氧化制得520mm厚的二氧
化硅图形为模板,结合电子束蒸发技术和二氧化硅刻蚀技术制作出纳米范围内的三电极体系;2)石墨
激光蒸发法9., Thess 4等?采用50ns的双脉冲激光照射含N/Co催化剂颗粒的石墨靶,获得高质量的
单壁碳纳米管管東;3)模板法,hang等在模板的一边溅射一层Au膜,然后再利用交流电沉积法,负
载Co催化剂,从而制得碳纳米列阵;4)化学气相沉积法,「e等2利用化学气相沉积方法合成出碳管
包覆的Sn和SnSb合金纳米棒。这些制备纳米通道的方法操作复杂,成本高,孔隙率低,且局限于一维
或二维纳米通道的加工制作,因此找到一种快速、简单、低成本、可控性强的方法来制作纳米通道非常
必要
静电纺丝是一种快速、简单、低成本、可控制备纳米纤维的方法。静电纺丝纳米纤维有很多其它材
料不具备的优点,如:直径可调、选材多样等,通过静电纺丝得到的纳米通道,是一种重要的医用药物缓
释载体3S。国内外大量的临床及动物实验观察表明,有机硅弹性体具有良好的理化稳定性和组织相
溶性。聚二甲基硅氧烷( Polydimethylsiloxane,PDMS,硅橡胶)弹性体具有透明度高,渗透及透过性好,生
理惰性和生物相容性好等一系列优良的特性,被广泛用于药物缓释、医疗器械等生物医疗领域"5。
基于静电纺丝的技术特点,本研究发展了一种新颖的纳米通道制备方法。首先利用静电纺丝技术
构筑三维纳米网络作为模板,将硅橡胶预聚体(含10%交联剂)配成质量分数20%的正己烷溶液灌注
形成网络复合材料,将纳米网络模板除去,形成三维纳米通道的有机硅弹性体。该弹性体具有三维贯通
2011-01-25收稿,2011-04-12修回
高等学校博土学科点专项科研基金(200803580011)
通讯联系人:蒋诗平,副教授;Tel:0551-3602110;Fax:05515141078;E-mail;spjiangd@uste.edu.cn;研究方向:细胞辐射损伤
共同通讯联系人:李良彬,教授;Tl:0551-3602081;Fax:0551-5141078;E-mail.lbli@ustc.edu.cn;研究方向:高分子材料.
应用化学
第29卷
的纳米通道结构,并具有良好的理化稳定性和组织相溶性等特性,可以被广泛的用于药物缓释、医疗器
械等生物医疗领域。
实验部分
仪器和试剂
KYKY- AMRAY-1000B型扫描电子显微镜(北京中国科学院科仪技术发展有限责任公同);JEM1400
型冷冻透射电子显微镜(日本电子公司);XPF-330型光学显微镜(上海蔡康光学仪器有限公司);NE
4000双通道注射泵(美国 Era pump公司);绝缘支架(自制)。
聚苯乙烯( Polystyrene,PS:M、=1.3x10°,巴斯夫公司),PDMS( sylgardl84,购于 Dow Corning公
司),四氢呋喃(THF)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、二硫化碳、正己烷和十二烷
基硫酸钠( Sodium dodecyl sulfate,SDS)均购自国药集团化学试剂有限公司。
实验方法
1.2.1纳米纤维的制备将PS在THF和DMF中分别配成质量分数为10%的纺丝溶液各2份,其中
一-份加入质量分数为0.5%SDS,磁力搅拌12h使其溶解完全。
自制纺丝装置,采用传统的针-板电纺系统“,针头内径0.26mm,接收铜板距针尖200mm,溶液流
量0.16uL/min,静电电压15~23kV,温度25℃,湿度40%~50%
为防止纤维和铜板之间因静电作用而无法剥离,在铜板上预铺展质量分数为3%PVP水溶液薄层
作为牺牲层。
1.2.2纳米纤维网络的制备待纺丝完成,取下接收铜板,在去离子水中除去牺牲层(PVP层),得到
完整PS纤维膜。将纤维膜在90℃分别热处理5、10和20min,得到相互粘连的网络结构。
1.2.3PDMS纳米通道的制备将硅橡胶预聚体(含10%交联剂)配成质量分数为20%的正己烷溶
液,在0.098MPa压力下将上述溶液灌注进入纤维膜中,灌注完成后,进行真空处理,室温除去其中的气
泡和正己烷溶剂。真空处理后,样品在60℃烘箱中交联3h。得到的固化样品使用液氮淬冷折断,获得
断裂面后,使用二硫化碳进行超声清洗6次,每次30min,得到除去PS网络模板的硅橡胶片层
2结果与讨论
2.1纳米纤维的制备
2.1.1溶剂的影响研究不同溶剂对纺丝均匀性的影响,分别使用THF和DMF作为纺丝溶剂(如图1
所示)。
扫描电子显微镜照片显示,使用THF作为溶剂时,得到平均直径约400mm的纤维,纤维上具有念
A
以.
图1质量分数10%的PS的THF(A)和DMF(B)溶液纺丝扫描电子显微镜照片
Fig 1 SEM images of fibers using 10% PS in THF(A )and DMF(B)solutions