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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(fā)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(yōu)勢,在環(huán)境凈化、生物醫(yī)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(chǎn)物、表面官能團依賴度低等優(yōu)勢成為電紡薄膜表面改性的首選。聚己內(nèi)酯(PCL)具有較高的彈性模量和優(yōu)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(wěn)定性和生物相容性,在組織工程支架、藥物載體等醫(yī)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(yī)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(chǎn)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(zhì)包括離子、電子、自由基、亞穩(wěn)態(tài)和光子。這些活性物質(zhì)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(shù)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(diào)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(chǎn)生化學副產(chǎn)物,具有環(huán)境友好的特點。

改善生物相容性

經(jīng)等離子體處理的PCL薄膜表面會產(chǎn)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(jīng)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(fā)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(jīng)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。