CN106283214B - 电纺丝装置 - Google Patents
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Abstract
一种电纺丝装置，包含一个收集单元、一个驱动单元、一个纺料供应器及至少一个加热件组，该收集单元包括一个导引盘及至少一个收集棒，该导引盘定义一个以该导引盘的轴心为圆心的设置圆弧，该收集棒与该设置圆弧相切地支撑于该导引盘，该收集棒自身的长轴与该导引盘的轴心互相垂直，该驱动单元提供动力驱动该收集单元而使该导引盘以该轴心转动，且使该收集棒绕自身的长轴自身转动，该导引盘沿周缘产生的切线速度至少为每秒0.942米，其转速远大于该收集棒的转速，纺料供应器与收集单元具有高电压差，加热件组沿该收集棒设置，以熔断电纺丝，当该纺料供应器经高压电场朝该收集棒射出电纺丝，电纺丝纤维沿该长轴被收集，制得管状纤维支架。
Description
技术领域
本发明涉及一种制作人造纤维的机械设备，特别是涉及一种电纺丝装置。
背景技术
利用电纺丝技术制备的电纺丝纤维的直径可达纳米等级，并具备高孔洞性、高表面积比、高透湿性等优点，因此非常适合用于生医产品；例如，配合以生物相容材料，以及在收集端卷绕令得收集的电纺丝纤维呈管状，可制作管状的纤维支架，进而作为人工血管。另外，基于近年来于细胞培养、组织工程及心血管疾病患者的血管重建的研究发现，为使纤维支架利于细胞的附着、迁移和增殖，当电纺丝纤维沿其管轴长向排列沉积生成的管状纤维支架，最能趋近模拟真实原生血管，所以，目前有关于电纺丝纤维应用于生医领域的研究，多朝此一方向进行。
参阅图1，现有的一种制备轴向管状纤维支架的电纺丝装置1包含一个接地并受驱动地沿自身长轴方向高速往复作动同时绕自身长轴转动的收集杆11、及一个容装聚合物溶液且与该收集杆11具有高电压差的纺料供应器12，该纺料供应器12受到高压电场作用朝该收集杆11射出电纺丝，借该收集杆11的转动，以致电纺丝纤维沿长轴排列地被卷绕收集，形成管状纤维支架。虽然借该收集杆11沿长轴高速往复移动将纤维拉直，但缺点在该收集杆11往复移动会导致自身震动不稳，并削弱绕自身长轴转动时产生的切线速度，并且容易造成加速不均，导致制得的纤维沿长轴排列的方向性差。
参阅图2，现有的另一种制备轴向管状纤维支架的电纺丝装置2包含一个受驱动地绕自身长轴转动的收集杆21、二彼此间隔地连接该收集杆21且分别接收一个接地电压的接地导体22、及一个容装聚合物溶液且与收集杆21及接地导体22具有高电压差的纺料供应器23，该纺料供应器23朝该收集杆21射出的电纺丝通过该二接地导体22与该纺料供应器23产生的电场作用力，而被牵引来回在二接地导体22间，同时，该收集杆21的转动，使电纺丝纤维沿长轴排列地被卷绕收集，进而得到管状纤维支架。该电纺丝装置2缺点在于纤维受限于二接地导体22间的间距，若两者距离太远则产生的牵引力变小，将无法顺利生成电纺丝纤维搭架、卷绕在二接地导体22间，从而难收集制得管状纤维支架。
鉴于上述，目前的电纺丝装置均需要再加以改良，才能稳定制备出具有方向性为轴向的管状纤维支架。
发明内容
本发明的目的在于提供一种解决上述缺点的电纺丝装置。
本发明的电纺丝装置，包含一个收集单元、一个驱动单元、一个纺料供应器及至少一个加热件组。
该收集单元包括一个导引盘及至少一个收集棒，该导引盘定义一个以该导引盘的轴心为圆心的设置圆弧，该收集棒与该设置圆弧相切地支撑于该导引盘，且该收集棒自身的长轴与该导引盘的轴心彼此互相垂直。
该驱动单元提供动力驱动该收集单元而使该导引盘以该轴心转动，且使该收集棒绕自身的长轴自身转动，该导引盘沿周缘产生的切线速度至少为每秒0.942米，且该导引盘的转速远大于该收集棒的转速。
该纺料供应器与该收集单元具有高电压差，且包括一个具有一个朝向该收集棒的开口并容装聚合物溶液的纺料空间，且该收集棒的该长轴与该纺料供应器的开口朝该导引盘的轴心所成的假想连线彼此互相垂直。
该加热件组包括二个加热件，该二个加热件分别沿所述收集棒滑移地对应设置于所述收集棒的二个相反端，以熔断电纺丝。
本发明的有益效果在于通过使该导引盘以该轴心转动，同时使该收集棒绕该长轴自身转动，当该纺料供应器经高压电场作用朝该收集棒射出电纺丝，电纺丝纤维即沿该长轴平行排列地、或是交叉排列成菱格状地被卷绕收集，进而制得管状纤维支架。
附图说明
图1是一个立体图，说明现有的一种电纺丝装置；
图2是一个立体图，说明现有的另一种电纺丝装置；
图3是一个立体图，说明本发明电纺丝装置的一个实施例；
图4是一个示意图，辅助图3说明该实施例；及
图5是一个实验结果图，说明本发明电纺丝装置所制备得到的管状纤维支架，纤维沿长轴平行排列。
具体实施方式
参阅图3与图4，本发明电纺丝装置3的一个实施例包含一个座体31、一个收集单元32、一个驱动单元33、一个纺料供应器34、至少一个加热件组35及一个挡风板36。
该座体31包括一个底板311、及二彼此相对地自该底板311周缘向上延伸的支撑架312。
该收集单元32包括一个导引盘321、一个穿设该导引盘321及所述支撑架312的枢转轴324、一个设置于该枢转轴324的一端并接地的接地电环325、一个设置于该枢转轴324的另一端并输入电信号的集电环(图未示出)、及至少一个电连接该接地电环325以接地的收集棒326，该导引盘321定义一个以其一个轴心322为圆心的设置圆弧323，该收集棒326与该设置圆弧323相切地支撑于该导引盘321。
更具体而言，该导引盘321的周缘处穿设至少一个对应供该收集棒326设置的支撑棒架328，使该收集棒326撑离该导引盘321一间距地相切于该设置圆弧323，并且，该收集棒326以其一个自身的长轴327平行该设置圆弧323的切线方向设置，使得该收集棒326自身的长轴327对于该导引盘321的轴心322互相垂直。该收集棒326的数目至少为一个，但也可为多个，在本实施例中，该收集棒326的数目为六个，但并不限于此，其数目及长度可依该导引盘321的大小所定义出的设置圆弧323大小而定。
该驱动单元33提供动力驱动该收集单元32而使该导引盘321以该轴心转动，同时使该收集棒326绕该自身的长轴327自身转动，且该导引盘321的转速远大于该收集棒326的转速。
进一步说，该驱动单元33包括一个设置于该座体31的底板311且提供动力的导引马达331、一个接收该导引马达331的动力输出而转动的主动皮带轮332、一个套设于该枢转轴324且追随该主动皮带轮332而连动该枢转轴324及该导引盘321的从动皮带轮333、一个绕设于该主动皮带轮332及该从动皮带轮333的传动皮带334、至少一个设置于该导引盘321内且接收该集电环(图未示出)的输入电信号以提供动力的收集马达335、及至少一个绕设于该收集马达335的输出端及该收集棒326以使该收集棒326绕该长轴转动的收集皮带336。该收集马达335、该收集皮带336的数目均分别对应该收集棒326的数目，以本实施例而言，两者数目分别为六个。
该纺料供应器34与该收集单元32的收集棒326具有高电压差，包括一个具有一个朝向该收集棒326的开口341并容装聚合物溶液的纺料空间342。该纺料供应器34的开口341朝该导引盘321的轴心322所成的一条假想连线343，使每一个收集棒326被带动至该纺料供应器34的开口341时，该长轴327与该假想连线343彼此互相垂直。在本实施例中，聚合物溶液为聚乳酸溶解于氯仿。
该加热件组35包括二个加热件351，分别可沿该收集棒326滑移地对应设置于该收集棒326的二个相反端。在本实施例中，该加热件组35的数目对应该收集棒326的数目，以本实施例而言，其数目为六组，且每一个加热件351是以保丽龙切割丝来实施。
该挡风板36面向该纺料供应器34与该收集棒326间地设置于该导引盘321下方。
当该纺料供应器34受到高压电场作用而自开口341射出电纺丝时，该导引盘321因为被该枢转轴324带动而以该轴心322转动，此时该导引盘321沿周缘产生一个对应的切线速度，且通过该导引马达331来控制该主动皮带轮332具有高转速时，该传动皮带334也高速带动该从动皮带轮333及该枢转轴324，以致该导引盘321沿周缘产生的切线速度也高，使得电纺丝沿每一个收集棒326的长轴327方向沾附，也就是说，电纺丝纤维经由此高切线速度而被拉直，同时，通过每一个收集马达335来控制每一个收集棒326具有低于该导引盘321的切线速度，经由每一个收集棒326的转动，使得电纺丝纤维沿每一个收集棒326的长轴327平行排列地被卷绕收集，进而制得具长轴方向性的管状纤维支架。
制备过程中，该挡风板36可阻挡该导引盘321高速旋转产生的风，除了确保电纺丝纤维不被风吹散，也能保持电纺丝纤维沿每一个收集棒326的长轴327平行排列的方向性，此外，通过该等加热件351于过程中持续产生高温来熔断纤维，也能避免两两收集棒326彼此的纤维互相牵扯、缠绕而降低方向性。
特别地，本发明电纺丝装置3制备管状纤维支架，还能通过调整该导引盘321的大小，进而控制每一个收集棒326的长度，并且，借每一个加热件组35的二个加热件351分别于每一个收集棒326滑移至一个预定位置来熔断纤维，能控制最终欲制备出的管状纤维支架的长度。此外，借控制该收集棒326的数目，以本实施例来说，一次制备六个管状纤维支架，更具有可快速大量制作的优点。
以下通过所述电纺丝装置3，实际操作该纺料供应器34的电压差为7000伏特，聚乳酸重量百分浓度为14％，聚合物溶液于该纺料空间342中的流速为每小时1.5毫升，该纺料供应器34的开口341距每一个收集棒326的距离为10公分时所制备得到的管状纤维支架，进行实验验证。
实验结果显示，该导引盘321沿周缘产生的切线速度为介于每秒0.942米(公尺)至1.256米间时，电纺丝纤维呈现较弱的方向性；而当切线速度大于每秒1.256米，电纺丝纤维即能充分的沿每一个收集棒326的长轴327排列。由此，当设定该导引盘321的切线速度为每秒1.256米，且设定每一个收集棒326的转速使得每一个收集棒326沿其长轴327产生的切线速度为小于每秒0.044米(此时使自该纺料供应器34的开口341射出的电纺丝与该长轴327的角度为2度以下)，所制得的管状纤维支架为充分地沿该收集棒326的长轴327方向性排列(如图5所示)。而当每一个收集棒326沿其长轴327产生的切线速度大于每秒0.044米(此时使自该纺料供应器34的开口341射出的电纺丝与该长轴327的角度为2度以上)，并且控制每一个收集棒326分别顺时针转动一段时间后，再逆时针转动一段时间，如此反复地以此切线速度双向回转时，所制得的管状纤维支架的纤维为呈现交叉排列的菱格状，将更有利于应用于人造血管时，使得形状同样类似于菱格状的纺锤形细胞于其上附着、迁移和增殖。
综上所述，通过使该导引盘321以该轴心322转动，同时使每一个收集棒326绕其长轴327自身转动，当该纺料供应器34朝该收集棒射出电纺丝，且借控制每一个收集棒326的转速，电纺丝纤维即沿该长轴327平行排列地、或是交叉排列成菱格状地被卷绕收集，进而制得管状纤维支架，并且更具有长度可控制以及可快速大量制作的优点，所以确实能达成本发明的目的。
以上所述仅为本发明较佳实施例，然其并非用以限定本发明的范围，任何熟悉本项技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可在此基础上做进一步的改进和变化，因此本发明的保护范围当以本申请的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (3)
1.一种电纺丝装置，其特征在于，包含：
一个收集单元，包括一个导引盘及至少一个收集棒，所述导引盘定义一个以所述导引盘的轴心为圆心的设置圆弧，所述收集棒与所述设置圆弧相切地支撑于所述导引盘，且所述收集棒自身的长轴与所述导引盘的轴心彼此互相垂直；
一个驱动单元，提供动力驱动所述收集单元而使所述导引盘以所述轴心转动，并使所述收集棒绕自身的长轴自身转动，所述导引盘沿周缘产生的切线速度至少为每秒0.942米，且所述导引盘的转速远大于所述收集棒的转速；
一个纺料供应器，与所述收集单元具有高电压差，且包括一个具有一个朝向所述收集棒的开口并容装聚合物溶液的纺料空间，且所述收集棒的所述长轴与所述纺料供应器的开口朝所述导引盘的轴心所成的假想连线彼此互相垂直；及
至少一个加热件组，包括二个加热件，所述二个加热件分别沿所述收集棒滑移地对应设置于所述收集棒的二个相反端，以熔断电纺丝。
2.根据权利要求1所述的电纺丝装置，其特征在于，还包含一个挡风板，所述挡风板面向所述纺料供应器与所述收集棒间地设置于所述导引盘下方。
3.根据权利要求2所述的电纺丝装置，其特征在于，所述驱动单元包括一个提供动力的导引马达、一个接收所述导引马达的动力输出而转动的主动皮带轮、一个连接所述导引盘的轴心且追随所述主动皮带轮而带动所述导引盘转动的从动皮带轮、一个绕设于所述主动皮带轮及所述从动皮带轮的传动皮带、至少一个设置于所述导引盘内且提供动力的收集马达、及至少一个绕设于所述收集马达的输出端及所述收集棒使所述收集棒绕所述长轴转动的收集皮带。
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