小编导读

静电纺丝是一种有效的“自上而下”的纳米纤维制造方法，由于其高效、通用、简单、低成本的制造优势，近几十年来已成为世界材料科学技术领域最重要的学术活动之一。静电纺丝制备的纳米纤维膜已被广泛应用于组织工程、伤口敷料、生物传感、生物医用、功能性纺织品等领域。然而，传统流体电纺只能制备均一结构纳米纤维，限制电纺工艺的外延应用拓展，具有复杂结构和多功能的纳米纤维正在引起越来越多的关注。近日，上海理工大学材料科学与工程学院余灯广教授团队和University College London 的Gareth R. Williams教授，以王梦龙博士为第一作者，在Materials Highlights期刊（eISSN：2666-4933）首卷首期发表了题为“The Development and Bio-applications of Multifluid Electrospinning”的论文，该文综述了同轴电纺、并列电纺和三轴电纺等多流体静电纺丝技术的发展及其应用，并对多流体电纺丝制备的复杂纳米结构进行了深刻讨论。多流体静电纺丝技术能够为纳米纤维内的成分、组成和成分的空间分布的调控提供机会，从而赋予电纺纳米产品更优异的功能性能。

内容提要

静电纺丝

静电纺丝基本装置由高压电源、输液泵、喷丝针头和收集装置四部分组成，如图1。聚合物溶液在输液泵作用下在针头末端形成液滴，一旦喷丝针头被施加电压，带电液滴将在表面张力、电荷排斥力和外部电场力的共同作用下发生变形，悬垂的液滴由初始的球面逐渐演变为锥面，称为“泰勒锥”。当外加电压持续加载，超越某一临界值时，电场力和电荷斥力将克服液滴表面张力，使得聚合物溶液在泰勒锥尖处被加速，从而形成喷射射流。当带电的射流进入电场后，直线射流由于Rayleigh Taylor不稳定性，出现快速鞭打和摆动。同时，溶剂迅速挥发，最终在接收装置上留下固化的纳米级纤维。

图1 静电纺丝过程及其影响因素

同轴/三轴电纺

同轴/三轴静电纺丝可用于制造芯壳纤维或中空纤维。芯鞘结构是自然界最广泛的、最基本的多室纳米结构，基于该结构衍生出各种各样的多级复杂纳米结构。

图2 同轴或三轴电纺制备的核壳和中空纤维

并列电纺

目前，文献中报道的用于制备Janus纳米纤维的纺丝装置有两种，一种是由并排排列的圆管组成，如图3B；另一种是小圆管内切一个较大的圆管组合而成，如图3A。Janus电纺能够利用多种不同性能的材料组成单根纤维，以实现两种或三种相互独立的功能，如荧光和磁性、吸光性和亲水性，它们共同存在，却又不相互影响。Janus电纺与复杂结构喷丝装置结合可以产生多种可能性。

图3 Janus电纺

生物应用

多流体静电纺丝技术，由于其 “单步”制造复杂纳米结构的优势，已被应用于各种生物领域，包括药物释放、组织工程、生物传感器、伤口敷料、医疗学和功能纺织品等，并表现出良好的应用效果。

原文信息

M.L. Wang, D.G. Yu, X.Y. Li, G.R. Wailliams, "The Development and Bio applications of Multifluid Electrospinning", Mater. Highlight., 2020, 1(1), DOI: 10.2991/mathi.k.200521.001.

作者简介

余灯广，上海理工大学材料科学与工程学院研究员，博导，Materials Highlights期刊主编，主持国家自然科学基金面上项目、国家自然科学基金委员会与英国皇家学会合作交流项目、上海市自然科学基金、上海市教委科研创新重点项目、中国博士后基金第二批特别资助项目、中国博士后基金面上项目，以及与都柏林和香港等地高校合作项目10余项。发表各类论文230余篇，其中SCI收录150余篇，1%ESI高被引收录25篇，0.1%热点论文5篇，H-index目前为45。

Gareth R. Williams