TW201641753A - 電紡絲裝置 - Google Patents
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Abstract
一種電紡絲裝置，包含一收集單元、一驅動單元，及一紡料供應器，該收集單元包括一導引盤，及至少一收集棒，該導引盤定義一以其一軸心為圓心的設置圓弧，該收集棒與該設置圓弧相切地支持於該導引盤，該驅動單元提供動力驅動該收集單元而使該導引盤以該軸心轉動，且使該收集棒繞其一自身的長軸自身轉動，該紡料供應器與該收集單元具有高電壓差，當該紡料供應器經高壓電場作用朝該收集棒射出電紡絲，電紡絲纖維即沿該長軸平行排列地、或是交叉排列成菱格狀地被捲繞收集，進而製得管狀纖維支架。
Description
本發明是有關於一種製作人造纖維的機械設備，特別是指一種電紡絲裝置。
利用電紡絲技術製備的電紡絲纖維的直徑可達奈米等級，並具備高孔洞性、高表面積比、高透濕性等優點，因此非常適合用於生醫產品；例如，配合以生物相容材料，以及在收集端捲繞令得收集的電紡絲纖維呈管狀，可製作管狀的纖維支架，進而作為人工血管。另外，基於近年來於細胞培養、組織工程及心血管疾病患者之血管重建的研究發現，為使纖維支架利於細胞的附著、遷移和增殖，當電紡絲纖維沿其管軸長向排列沉積生成的管狀纖維支架，最能趨近模擬真實原生血管，故，目前有關於電紡絲纖維應用於生醫領域的研究，多朝此一方向進行。
參閱圖1，現有的一種製備軸向管狀纖維支架的電紡絲裝置1包含一接地並受驅動地沿自身長軸方向高速往復作動同時繞自身長軸轉動的收集桿11，及一容裝聚合物溶液且與該收集桿11具有高電壓差的紡料供應器12，該紡料供應器12受到高壓電場作用朝該收集桿11射出電
紡絲，藉該收集桿11的轉動，以致電紡絲纖維沿長軸排列地被捲繞收集，形成管狀纖維支架。雖然藉該收集桿11沿長軸高速往復移動將纖維拉直，但缺點在該收集桿11往復移動會導致自身震動不穩，並削弱繞自身長軸轉動時產生的切線速度，並且容易造成加速不均，導致製得的纖維沿長軸排列的方向性差。
參閱圖2，現有的另一種製備軸向管狀纖維支架的電紡絲裝置2包含一受驅動地繞自身長軸轉動的收集桿21、二彼此間隔地連接該收集桿21且分別接收一接地電壓的接地導體22，及一容裝聚合物溶液且與收集桿21及接地導體22具有高電壓差的紡料供應器23，該紡料供應器23朝該收集桿21射出的電紡絲藉由該二接地導體22與該紡料供應器23產生的電場作用力，而被牽引來回在二接地導體22間，同時，該收集桿21的轉動，使電紡絲纖維沿長軸排列地被捲繞收集，進而得到管狀纖維支架。該電紡絲裝置2缺點在於纖維受限於二接地導體22間的間距，若兩者距離太遠則產生的牽引力變小，將無法順利生成電紡絲纖維搭架、捲繞在二接地導體22間，從而難收集製得管狀纖維支架。
鑑於上述，目前的電紡絲裝置均需要再加以改良，才能穩定製備出具有方向性為軸向的管狀纖維支架。
因此，本發明之目的，即在提供一種解決上述缺點的電紡絲裝置。
於是，本發明電紡絲裝置，包含一收集單元、一驅動單元，及一紡料供應器。
該收集單元包括一導引盤，及至少一收集棒，該導引盤定義一以其一軸心為圓心的設置圓弧，該收集棒與該設置圓弧相切地支持於該導引盤。
該驅動單元提供動力驅動該收集單元而使該導引盤以該軸心轉動，且使該收集棒繞其一自身的長軸自身轉動。
該紡料供應器與該收集單元具有高電壓差，包括一具有一朝向該收集棒的開口並容裝聚合物溶液的紡料空間。
本發明之功效在於：藉由使該導引盤以該軸心轉動，同時使該收集棒繞該長軸自身轉動，當該紡料供應器經高壓電場作用朝該收集棒射出電紡絲，電紡絲纖維即沿該長軸平行排列地、或是交叉排列成菱格狀地被捲繞收集，進而製得管狀纖維支架。
1‧‧‧電紡絲裝置
11‧‧‧收集桿
12‧‧‧紡料供應器
2‧‧‧電紡絲裝置
21‧‧‧收集桿
22‧‧‧接地導體
23‧‧‧紡料供應器
3‧‧‧電紡絲裝置
31‧‧‧座體
311‧‧‧底板
312‧‧‧支撐架
32‧‧‧收集單元
321‧‧‧導引盤
322‧‧‧軸心
323‧‧‧設置圓弧
324‧‧‧樞轉軸
325‧‧‧接地電環
326‧‧‧收集棒
327‧‧‧長軸
328‧‧‧支持棒架
33‧‧‧驅動單元
331‧‧‧導引馬達
332‧‧‧主動皮帶輪
333‧‧‧從動皮帶輪
334‧‧‧傳動皮帶
335‧‧‧收集馬達
336‧‧‧收集皮帶
34‧‧‧紡料供應器
341‧‧‧開口
342‧‧‧紡料空間
343‧‧‧假想連線
35‧‧‧加熱件組
351‧‧‧加熱件
36‧‧‧擋風板
本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一立體圖，說明現有的一種電紡絲裝置；圖2是一立體圖，說明現有的另一種電紡絲裝置；圖3是一立體圖，說明本發明電紡絲裝置的一實施例；圖4是一示意圖，輔助圖3說明該實施例；及圖5是一實驗結果圖，說明本發明電紡絲裝置所製備得
到的管狀纖維支架，纖維沿長軸平行排列。
參閱圖3與圖4，本發明電紡絲裝置3之一實施例包含一座體31、一收集單元32、一驅動單元33、一紡料供應器34、至少一加熱件組35，及一擋風板36。
該座體31包括一底板311，及二彼此相對地自該底板311周緣向上延伸的支撐架312。
該收集單元32包括一導引盤321、一穿設該導引盤321及該等支撐架312的樞轉軸324、一設置於該樞轉軸324的一端並接地的接地電環325、一設置於該樞轉軸324的另一端並輸入電訊號的集電環(圖未示出)，及至少一電連接該接地電環325以接地的收集棒326，該導引盤321定義一以其一軸心322為圓心的設置圓弧323，該收集棒326與該設置圓弧323相切地支持於該導引盤321。
更具體而言，該導引盤321的周緣處穿設至少一對應供該收集棒326設置的支持棒架328，使該收集棒326撐離該導引盤321一間距地相切於該設置圓弧323，並且，該收集棒326以其一自身的長軸327平行該設置圓弧323的切線方向設置，使得該收集棒326自身的長軸327對於該導引盤321的軸心322互相垂直。其中，該收集棒326的數目至少為一，但亦可為複數，在本實施例中，該收集棒326的數目為六，但並不限於此，其數目及長度可依該導引盤321的大小所定義出的設置圓弧323大小而定。
該驅動單元33提供動力驅動該收集單元32而使該導引盤321以該軸心轉動，同時使該收集棒326繞該自身的長軸327自身轉動，且該導引盤321的轉速遠大於該收集棒326的轉速。
進一步說，該驅動單元33包括一設置於該座體31的底板311且提供動力的導引馬達331、一接收該導引馬達331的動力輸出而轉動的主動皮帶輪332、一套設於該樞轉軸324且追隨該主動皮帶輪332而連動該樞轉軸324及該導引盤321的從動皮帶輪333、一繞設於該主動皮帶輪332及該從動皮帶輪333的傳動皮帶334、至少一設置於該導引盤321內且接收該集電環(圖未示出)的輸入電訊號以提供動力的收集馬達335，及至少一繞設於該收集馬達335的輸出端及該收集棒326以使該收集棒326繞該長軸轉動的收集皮帶336。其中，該收集馬達335、該收集皮帶336的數目均分別對應該收集棒326的數目，以本實施例而言，兩者數目分別為六。
該紡料供應器34與該收集單元32的收集棒326具有高電壓差，包括一具有一朝向該收集棒326的開口341並容裝聚合物溶液的紡料空間342。該紡料供應器34的開口341朝該導引盤321的軸心322所成的一假想連線343，使每一收集棒326被帶動至該紡料供應器34的開口341時，該長軸327與該假想連線343彼此互相垂直。在本實施例中，聚合物溶液為聚乳酸溶解於氯仿。
該加熱件組35包括二加熱件351，分別可沿該
收集棒326滑移地對應設置於該收集棒326的二相反端。在本實施例中，該加熱件組35的數目對應該收集棒326的數目，以本實施例而言，其數目為六組，且其中每一加熱件351是以保麗龍切割絲來實施。
該擋風板36面向該紡料供應器34與該收集棒326間地設置於該導引盤321下方。
當該紡料供應器34受到高壓電場作用而自開口341射出電紡絲時，該導引盤321因為被該樞轉軸324帶動而以該軸心322轉動，此時該導引盤321沿周緣產生一對應的切線速度，且藉由該導引馬達331來控制該主動皮帶輪332具有高轉速時，該傳動皮帶334亦高速帶動該從動皮帶輪333及該樞轉軸324，以致該導引盤321沿周緣產生的切線速度亦高，使得電紡絲沿每一收集棒326的長軸327方向沾附，亦即，電紡絲纖維經由此高切線速度而被拉直，同時，藉由每一收集馬達335來控制每一收集棒326具有低於該導引盤321的切線速度，經由每一收集棒326的轉動，使得電紡絲纖維沿每一收集棒326的長軸327平行排列地被捲繞收集，進而製得具長軸方向性的管狀纖維支架。
製備過程中，該擋風板36可阻擋該導引盤321高速旋轉產生的風，除了確保電紡絲纖維不被風吹散，也能保持電紡絲纖維沿每一收集棒326的長軸327平行排列的方向性，此外，藉由該等加熱件351於過程中持續產生高溫來熔斷纖維，也能避免兩兩收集棒326彼此的纖維互
相牽扯、纏繞而降低方向性。
特別地，本發明電紡絲裝置3製備管狀纖維支架，還能藉由調整該導引盤321的大小，進而控制每一收集棒326的長度，並且，藉每一加熱件組35的二加熱件351分別於每一收集棒326滑移至一預定位置來熔斷纖維，能控制最終欲製備出的管狀纖維支架的長度。此外，藉控制該收集棒326的數目，以本實施例來說，一次製備六個管狀纖維支架，更具有可快速大量製作的優點。
以下藉由所述電紡絲裝置3，實際操作該紡料供應器34的電壓差為7000伏特，聚乳酸重量百分濃度為14%，聚合物溶液於該紡料空間342中的流速為每小時1.5毫升，該紡料供應器34的開口341距每一收集棒326的距離為10公分時所製備得到的管狀纖維支架，進行一實驗驗證。
實驗結果顯示，該導引盤321沿周緣產生的切線速度為介於每秒0.942公尺至1.256公尺間時，電紡絲纖維呈現較弱的方向性；而當切線速度大於每秒1.256公尺，電紡絲纖維即能充分的沿每一收集棒326的長軸327排列。由此，當設定該導引盤321的切線速度為每秒1.256公尺，且設定每一收集棒326的轉速使得每一收集棒326沿其長軸327產生的切線速度為小於每秒0.044公尺(此時使自該紡料供應器34的開口341射出的電紡絲與該長軸327的角度為2度以下)，所製得的管狀纖維支架為充分地沿該收集棒326的長軸327方向性排列(如圖5所示)。而當
每一收集棒326沿其長軸327產生的切線速度大於每秒0.044公尺(此時使自該紡料供應器34的開口341射出的電紡絲與該長軸327的角度為2度以上)，並且控制每一收集棒326分別順時針轉動一段時間後，再逆時針轉動一段時間，如此反覆地以此切線速度雙向迴轉時，所製得的管狀纖維支架的纖維為呈現交叉排列的菱格狀，將更有利於應用於人造血管時，使得形狀同樣類似於菱格狀的紡錘形細胞於其上附著、遷移和增殖。
綜上所述，藉由使該導引盤321以該軸心322轉動，同時使每一收集棒326繞其長軸327自身轉動，當該紡料供應器34朝該收集棒射出電紡絲，且藉控制每一收集棒326的轉速，電紡絲纖維即沿該長軸327平行排列地、或是交叉排列成菱格狀地被捲繞收集，進而製得管狀纖維支架，並且更具有長度可控制以及可快速大量製作的優點，故確實能達成本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
3‧‧‧電紡絲裝置
31‧‧‧座體
311‧‧‧底板
312‧‧‧支撐架
32‧‧‧收集單元
321‧‧‧導引盤
324‧‧‧樞轉軸
325‧‧‧接地電環
326‧‧‧收集棒
33‧‧‧驅動單元
331‧‧‧導引馬達
332‧‧‧主動皮帶輪
333‧‧‧從動皮帶輪
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336‧‧‧收集皮帶
34‧‧‧紡料供應器
341‧‧‧開口
342‧‧‧紡料供應器
35‧‧‧加熱件組
351‧‧‧加熱件
36‧‧‧擋風板
Claims (8)
- 一種電紡絲裝置，包含：一收集單元，包括一導引盤，及至少一收集棒，該導引盤定義一以其一軸心為圓心的設置圓弧，該收集棒與該設置圓弧相切地支持於該導引盤；一驅動單元，提供動力驅動該收集單元而使該導引盤以該軸心轉動，且使該收集棒繞其一自身的長軸自身轉動；及一紡料供應器，與該收集單元具有高電壓差，包括一具有一朝向該收集棒的開口並容裝聚合物溶液的紡料空間。
- 如請求項1所述的電紡絲裝置，其中，該收集棒自身的長軸與該導引盤的軸心彼此互相垂直。
- 如請求項2所述的電紡絲裝置，其中，該收集棒的該長軸與該紡料供應器的開口朝該導引盤的軸心所成的假想連線彼此互相垂直。
- 如請求項3所述的電紡絲裝置，其中，該導引盤的轉速遠大於該收集棒的轉速。
- 如請求項4所述的電紡絲裝置，其中，該導引盤沿周緣產生的切線速度至少為每秒0.942公尺。
- 如請求項5所述的電紡絲裝置，還包含至少一加熱件組，該加熱件組包括二加熱件，分別沿該收集棒滑移地對應設置於該收集棒的二相反端，以熔斷電紡絲。
- 如請求項6所述的電紡絲裝置，還包含一擋風板，面向 該紡料供應器與該收集棒間地設置於該導引盤下方。
- 如請求項7所述的電紡絲裝置，其中，該驅動單元包括一提供動力的導引馬達、一接收該導引馬達的動力輸出而轉動的主動皮帶輪、一連接該導引盤的軸心且追隨該主動皮帶輪而帶動該導引盤轉動的從動皮帶輪、一繞設於該主動皮帶輪及該從動皮帶輪的傳動皮帶、至少一設置於該導引盤內且提供動力的收集馬達，及至少一繞設於該收集馬達的輸出端及該收集棒使該收集棒繞該長軸轉動的收集皮帶。
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