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靜電紡絲(簡稱電紡)是利用高壓靜電場拉伸聚合物液滴使之細化,溶劑揮發固化成絲,最終沉積在接收裝置形成聚合物纖維膜的技術!。所制電紡薄膜具有孔隙率高、比表面積大、柔韌性好、易表面改性等優勢,在環境凈化、生物醫學及可穿戴設備等領域廣受關注3;然而,電紡薄膜表面缺乏足夠多的活性位點,需對其表面進行改性,從而獲得具有附加性能的多功能薄膜以拓寬應用場景。電紡薄膜表面改性可分為化學改性和物理改性。物理改性主要包括浸涂法、磁控濺射法、等離子體處理法、熱處理法及聚多巴胺(PDA)黏附法等。物理改性因操作簡便、無化學副產物、表面官能團依賴度低等優勢成為電紡薄膜表面改性的首選。聚己內酯(PCL)具有較高的彈性模量和優異的可紡性,非常適合采用電紡技術成型加工。電紡PCL薄膜具有良好的熱穩定性和生物相容性,在組織工程支架、藥物載體等醫用領域已有一些應用;然而,其較低的表面親水性不利于細胞附著、遷移、增殖和分化,阻礙了在生物醫學領域的深入應用。本文主要介紹了電紡PCL薄膜等離子體處理技術。

等離子體處理

等離子體處理法是一種針對材料表面的改性方法。在反應器中,輝光放電等離子體在低壓下產生并通過電磁輻射或交流/直流相互作用獲得能量。氣體等離子體中的帶電物質包括離子、電子、自由基、亞穩態和光子。這些活性物質轟擊固體表面,將能量從等離子體轉移到固體表面,并通過留下許多反應位點而被蝕刻,能夠去除表面污染、沉積薄涂層并引入新的化學官能團。適當選擇等離子體源和操作參數有助于在薄膜表面形成不同的官能團(如用氨或氧等離子體處理可在薄膜表面生成胺基或羧基,可以調整薄膜表面的附著力、粗糙度和潤濕性能。等離子體處理法快捷高效,不使用任何溶劑,并且不會產生化學副產物,具有環境友好的特點。

改善生物相容性

經等離子體處理的PCL薄膜表面會產生多種含N或O的官能團,成纖細胞的附著力和活力顯著增加,并且經過氧等離子處理的PCL薄膜生物相容性更好,表明等離子體修飾技術在聚合物表面生物活化領域具有發展前景。

提高親水性

PCL是疏水聚合物,為了提高表面親水性,利用等離子體清洗機在真空條件下用氧等離子體處理PCL纖維膜以改善其親水性。結果如圖1所示,經過氧等離子體處理PCL纖維膜接觸角顯著降低,未處理的PCL纖維膜接觸角大小約為120±2.5°,處理后的PCL(plasma)纖維膜接觸角大小約為26±1.8°。

圖1 PCL薄膜氧等離子體處理前后的接觸角測試

綜上所述：等離子體處理能有效增強PCL薄膜的親水性，提升細胞的附著、增殖和遷移能力。