蜘蛛丝蛋白／聚吡咯复合纤维膜的制备和性能研究【文献综述】.doc

1、 毕业设计文献综述 纺织工程 蜘蛛丝蛋白聚吡咯复合纤维膜的制备和性能研究 一、 前言部分 （说明写作的目的，介绍有关概念，扼要说明有关主题争论焦点） 1.1 蜘蛛丝蛋白 1.1.1 蜘蛛丝蛋白的结构和基本性能 蜘蛛丝的分子构象为 -折叠链，分子链沿着纤维轴线的方向呈反平行排列，相互间以氢键结合，形成折曲的栅片，其多肽链排列整齐，密度形成结晶区，栅片间为非结晶区，由于结晶区的多肽链分子间以氢键结合，因而分子间作用力很大。沿着纤维轴线方向排列的晶区结构使纤维在外力作用时有较多的分子链能承受外力作用，故蜘蛛丝具有高 强度。同时对蜘蛛丝的聚集态结果表明：蜘蛛丝的结晶度、纤维密度均比蚕丝要小得多，因此可

2、以认为蜘蛛丝具有良好的弹性主要是非结晶区的贡献。一方面非结晶区分子链呈 转角状，当受到拉伸时可能形成 转角螺旋，从而赋予蜘蛛丝良好的弹性。另一方面沿着纤维轴线方向排列的晶态 -折叠链栅片可以看作具有多功能铰链作用，在非结晶区域内形成一个模量较高的薄壳，亦是使蜘蛛丝具有较高模量和良好弹性的原因 1。 蜘蛛丝是一种特殊的蛋白纤维，具有较高的强度、弹性、柔韧性、伸长率和抗断裂性能，蜘蛛丝轻盈、较耐紫外线、可生物降解，是包括蚕丝在 内的天然纤维和合成纤维所无法比拟的，是新一代的天然高分子纤维和生物材料 2。蜘蛛丝外观呈金黄色，在显微镜下观测表明，与蚕丝类似，蜘蛛丝也具有核壳结构 3。蜘蛛丝内部结构透明

3、而无孔隙，横截面为圆形，直径为 6.9um，体积质量为 1.34g/cm3，强度高达 2GPa，劲度大于 30 GPa，断裂伸长超过 30，它的韧性是芳香族和工业纤维的 3倍多直径较小但强度和韧性都很高，这种独特的性能使蜘蛛丝能承受外界的冲击。蜘蛛丝在水中会发生截面膨胀，而径向收缩。在碱性条件下，其黄色会加深；在酸性条件下，其性能会受到破坏。蜘 蛛丝光滑闪亮、耐紫外线性能强，而且较耐高温和低温。蜘蛛丝在 200以下表现出良好的热稳定性， 300开始黄变。此外蜘蛛丝不溶于稀酸、稀碱，仅溶于浓硫酸、溴化钾、甲酸等溶剂，并且对大部分水解蛋白酶具有抗性。 1.1.2 天然蜘蛛丝蛋白天然形成及分类 蜘蛛

4、的液状丝是在蜘蛛的腺体中形成，蜘蛛的腹部有多种腺体，与蚕相似的是蜘蛛各种腺体内存储的为液状丝蛋白，当液状丝蛋白从腺体吐丝口之间的管形输送流出时形成了丝纤维，并发生相应的物理化学作用。不同腺体分泌的纤维在蜘蛛的生活中起着不同的作用，其特性有很大的差异。以大腹圆蛛 所结的圆网为例，网的中间是排列较密的中心丝，是蜘蛛居住和生活的地方；从中心丝辐射向外是没有粘性的纵向丝，即放射状丝；纵丝中间连接为横丝，即螺旋丝，弹性大、粘性强，可以粘住猎物，最外层是框丝，其强度高，弹性好，且处于湿润状态时具有超强的收缩能力。蜘蛛一旦捕获猎物，就立即由数百对葡萄状腺的纺管同时牵引出辐射状的丝将猎物包裹起来，以防猎物的挣

5、扎逃脱 2。 蜘蛛丝按蜘蛛吐丝的多少分为古蛛亚目、原蛛亚目和新蛛亚目。古蛛亚目的蜘蛛只能吐出一种丝；原蛛亚目的蜘蛛可吐出 3种丝；新蛛亚目的蜘蛛可吐出 7种丝。一般来说，新蛛亚目所有的蜘蛛都会有 7种丝腺，各种丝腺分别能吐出不同性质的蜘蛛丝。大囊状腺（牵引丝，放射状丝，框丝），小囊状腺（牵引丝，放射状丝），葡萄状腺（捕获丝），管状腺（桑蚕丝），鞭毛状腺（横丝），梨状腺（附着盘），集合状腺（横丝表面的粘性物质） 1。也有按蜘蛛在其生命中能产生具有不同用途的不同机械特性来分，主要包括蜘蛛网中放射状的纵丝和螺旋状的横丝；捕食时缠绕食物的包扎丝以及用于制作卵囊饱和后代的卵囊丝等等 4。 1.2 聚吡咯

6、 早在 1916年具有吡咯黑之称的聚吡咯粉末就已合成出来，之后 Dallolio 用电化学方 法制备出了聚吡咯，电导率为 8s/cm。自 Diaz等报道了含有 1%乙腈溶液中制备出金属电导的、热稳定的聚吡咯以来 15，由于聚吡咯制备工艺相对简单，易于合成出各种各样的共聚物、衍生物和复合材料以得到较宽范围的电导率及其它特殊性能的材料，因此对聚吡咯的研究日益增多。 1.2.1 聚吡咯的性质 （ 1） 电化学特性 吡咯单体分子是一个含氮的五元环，其被氧化时，先失去一个电子，形成阳离子自由基，它们互相碰撞而形成二聚体，最后形成高聚体。其导电载流子主要是极化子和双极化子，因此具有良好的电化学性，且氧化还

7、原稳定性好， 其电导率可在 2 3年内保持稳定。 PPy膜通常采用电化学方法制备，其具有良好的物理和化学性质： 导电； 表面性质可控； 生物相容； 比较稳定； 易于制备； 柔韧性和强度较好。而且，其水溶性有半导体特性， PPy的导电性和生物相容性与所掺杂的阴离子种类、性质有关。 在组织工程中使用导电高聚物的优点： 通过 此类高聚物施加的电刺激主要集中在其周围区域，易于对加载的刺激进行空间调控，而不会像使用外源电磁场刺激时，不能很好地将刺激定位。 合成导电高聚物时，可调控表面拓扑结构。 （ 2） 聚吡咯的生物相容性 导电高聚物的表面特性，如电荷密度和可润湿性等，可在电势存在下发生可逆性变化。电荷

8、密度和湿润性等表面特性，在蛋白吸收和细胞 -底物相互作用中发挥着关键作用。因此，PPy是组织工程中一种重要的备选材料。同时导电 PPy制成的执行元件可在水溶液中工作，在生理环境具有应用前景。吴坚等 16用化学合 成 PPy 粉末提取液，进行了急性和亚急性毒性试验、热源实验、 MTT、溶血实验、过敏实验、微核试验、皮肤刺激试验和眼结膜刺激试验，结果显示 PPy是无毒、无致病原、不引起溶血和过敏、也无致突变和刺激作用的材料，具有良好的生物安全性。 （ 3） PPy的性质缺陷 可加工性能差，属于脆性材料，不能生物降解等 17。 1.2.2 聚吡咯的合成 单分子吡咯是一种无色、油状的液体，它可以通过化

9、学氧化或电化学氧化的方法生成聚合物 -黑色的聚吡咯粉末或黑色的聚吡咯膜。吡咯的聚合反应的活化能是很低的，因此吡咯的聚合反应是一个易于发 生的过程。在电场或氧化剂的作用下它可以被氧化，进而发生聚合反应生成聚吡咯。 聚吡咯的合成机制可以归纳如下：首先单体失去一个电子而被氧化为正性原子团 ,接下来就是正性原子团的二聚、三聚直至生成聚合度为的链状分子。在这一系列反应中，二聚反应是控制步骤，其反应速度最为缓慢。原因在于： 随着齐聚物共轭长度的增大，形成相应正性原子团的阳极氧化电位向负方向移动，因此，越来越不容易聚合。 由于共轭长度的增大，正性原子团的正电荷分布不十分集中，有利于反应的进行 。总而言之，是

10、正离子团而不是中性单体，更不是去质子形成的原子团参与碳碳骨架的形成过程，是它们之间的相互耦合而合成聚吡咯，而不是它们和吡咯单体之间的反应而形成聚吡咯。 由于正性原子团间的静电斥力的存在，必须借助支撑电解液中的掺杂阴离子在其间起“桥梁”作用，使得齐聚反应以较快的速度发生；并且在聚合过程中阴离子按固定的比例以电荷补偿的方式同聚合物主链相连接，最终得到结构形式如下图的聚合物（ A-代表诸如对甲基苯磺酸（ TOS-）、高氯酸（ ClO4-） 等掺杂阴离子）。 整个反应可以表示如下： 3nC4H4NH+nA（ C4H2NH） 4A-） n+8(n-1)H+8(n-1)e-+ne- 与聚乙炔不同的是，聚吡

11、咯的基态结构是非简并的，在其主链上形成的共轭缺陷不再是孤子，而是极化子。在聚吡咯电化学氧化和化学氧化掺杂时，可以观察到极化子的形成，当掺杂浓度较高时，形成的载流子则以双极化子为主，载流子在材料中的迁移引起电导。 （ 1） 电化学合成 电化学合成法是采用电极电位作为聚合反应的驱动力，在电极表面进行聚合反应并直接生成导电聚合物薄膜。吡咯的氧化聚合电位很低，在水溶液中就可以电化学聚合。吡咯的电化学聚合是把吡咯溶在含 有四乙胺、四氟化硼的水溶液中，在两电极间进行的，含 BF4-离子的导电聚合物是在铂电极表面得到的。研究者们还研究了电极材料、支持电解液、聚合电流/电压等条件对聚吡咯性能的影响 18-19

12、。电化学法所得材料，导电膜结构致密，导电性好，可以合成时直接成膜，利于分析测试及应用，但因受电极限制，不宜大面积制备。对于电化学合成法制备的 PPY，影响其导电性的因素有：掺杂剂，介质的选择，反应体系的理化性质（反应温度、 pH 值、电压、电流密度等） 20。 （ 2） 化学氧化合成 化学氧化法是在一定的反应介质中加入特定的氧化剂， 使得单体在这种反应中直接生成聚合物并同时完成一个掺杂过程，在这里的掺杂与电化学的掺杂不同，因为其中加入了第二种物质，并且该物质进入了聚合物的主链，对聚合物的电性能产生了非常重要的影响。通常使用的氧化剂有 (NH4)2S2O8、 H2O2 和 Fe3+、 Cu2+、

13、 Cr6+、 Ce4+、 Ru3+和 Mn7+等离子的盐溶液，需要根据反应体系来选择氧化剂的类型。 （ 3） 电化学聚合和化学氧化合成各有优缺点 电化学聚合的优点是： 1反应设备通用、反应条件温和易控、电解液组成确定后只要调节电流和电压即可； 2 产品纯度高，没有由氧化剂引起的污染； 3电化学聚合和电化学掺杂可一步完成，产物导电性的调节很方便； 4采用光谱循环伏安法等手段可有效地考察电化学反应的动力学过程及产物结构形态的变化。其缺点是反应设备复杂、生产成本较高并且难于规模化生产。化学氧化合成工艺简单、成本较低、适合于大量生产，其缺点是：由于反应过程中有其它试剂的参与，反应完成后又不能彻底的去除

14、这些试剂，因而影响聚合物的整体性能 20。 1.3 静电纺丝技术 于 1902年 静电纺丝技术取得专利权，然而在 20世纪 90 年代以前这种技术几乎被遗忘了。随着纳米科学技术的兴起，研究者又展开了静电纺丝技术成产纳米纤维的新的研究工作。有关的研究队伍也在不断的壮大，目前世界范围内有超过 200所的大学和研究机构从不同的角度展开了静电纺丝方法的研究和由此制备纤维的研究工作。近年来涌现了大量的基于静电纺丝技术的方法和应用专利。 考虑到原料范围的局限性和希望得到多样化的纤维组成，以及成本和产出率，静电纺丝技术也许是最有效能的具有相对较高产出率的纳米纤维的生产方法，它具有较低的成本和较高的生产效率因

15、而 具有一定的优势。同时由纳米纤维组成的微米尺度的纱线可以以每分钟70m速度的生产，而且还可以有不同的纤维组成。 1.3.1 静电纺丝的原理 典型的静电纺丝装置如图 1所示 图 1 静电纺丝装置示意图 该装置主要由高压电源、溶液储存装置、喷射管装置和接收屏装置四个部分所组成。高压电源一般采用最大输出电压 30 100kV的直流高压静电发生器来产生高压静电场。溶液储存装置可以使用注射器或储液管等：其中装满聚合物溶液或熔融液，并插入一个金属电极。该电极与高压电源相连，使液体带电。喷射管装置为毛细管或注射器针头。它 的放置有几种不同的方式：垂直放置，这是最简单、采用最多的一种方式；和接收装置保持一定

16、的角度，这种方式能够更好的控制溶液的流速；和接收装置平行放置，利用数控机械装置缓慢推动注射器将溶液挤压出来。接收装置可以是金属平板、网格或滚筒等，对于大多数静电纺丝来说，采用平板式的接收装置得到的是无序排列的纤维，形成的是类似非织造布的纤维毡 (网或者膜 )，和非织造布形式的纤维相比，彼此可分离的纳米长丝或短纤维的应用领域更加广泛。 将聚合物溶液 /熔体置于储液管中，并将储液管置于电场，阳极插入储液管的溶液中，阳极从高压静电场发生 器导出。当没有外加电压时，由于储液管中的溶液受到重力的作用而缓慢沿储液管壁流淌，而在溶液与储液管壁间的粘附力和溶液本身所具有的粘度和表面张力的综合作用下，形成悬挂在

17、储液管口液滴。电场开启时，由于电场力的作用，溶液中不同的离子或分子中具有极性的部分将向不同的方向聚集。即阴离子或分子中的富电子部分将向阳极的方向聚集，而阳离子或分子中的缺电子部分将向阴极的方向聚集。由于阳极插入聚合物溶液中，溶液的表面应该是布满受到阳极排斥作用的阳离子或分子中的缺电子部分，所以溶液表面的分子受到了方向指向阴极的电场力。而溶液的表面 张力与溶液表面分子受到的电场力的方向相反。当外加的电压所产生电场力较小时，电场力不足以使溶液中带电荷部分从溶液中喷出，这时储液管口原为球形的液滴被拉伸变长。继续加大外加电压，在外界其它条件一定的情况下，当电压超过某一临界值时，溶液中带电荷部分克服溶液

18、的表面张力从溶液中喷出，这时储液管口的液滴变为锥形 (被称为 Taylor 锥 )，在储液管顶端，形成一股带电的喷射流。喷射流发生分裂之后，溶剂挥发，纤维固化，并以无序状排列于收集装置上，形成类似非织造布的纤维毡 (网或者膜 )。 二、 主题部分 （阐明有关主题的历史背景、现状 和发展方向，以及对这些问题的评述） 1.1 蜘蛛丝蛋白 1.1.1 蜘蛛丝蛋白的应用 在军事方面 1，用蜘蛛丝做的防弹背心比用芳纶做的性能还好，也可用于制造坦克和飞机的装甲，以及军事建筑物的“防弹衣”等。在航空航天方面，可作为航天制造业的结构材料、复合材料及用来制造宇航服装等。在建筑方面，可作为制造桥梁、高层建筑和民用

19、建筑等的结构材料和复合材料。在农业和食品方面。可做成捕捞网具。也可做成包装袋用以代替造成白色污染的塑料等。在医学和保健方面其用途更加广泛。由于蜘蛛丝是天然产品，由蛋白质组成，并和人体有良 好的相容性。因而可用作高性能的生物材料，如人工筋健、人工韧带、人工器官等，也可用于组织修复、伤口处理及眼外科和神经外科手术的特细和超特细生物可降解外科手术缝合线等 3。 1.1.2 静电纺丝法在蜘蛛丝蛋白加工方面的应用发展 静电纺丝是目前得到纳米纤维最重要的方法，通常在收集屏上得到的纳米纤维构成的无纺布，这种材料具有独特的表面结构，它具有的高比表面积及多孔隙的三维结构正是种植高密度细胞和组织所需要的，是应用于

20、组织工程最有潜力的材料形式。苏州大学的徐明 6静电纺工艺及其制品结构与性能进行了研究，发现形成 良好的 Taylor锥形状是顺利得到静电纺纤维的第一步，且使纺丝过程稳定，过高电压会使射流出现多股，并偏离正常方向；以静电纺PVA来研究了静电纺丝的工艺参数与纤维形貌的关系，并且分析了静电纺工艺控制条件对成丝的影响等。东华大学的 Wu7等对静电纺丝的电场影响进行了研究，通过对电场诱导磁场的分析，他们认为诱导安培力会很大程度上减少静电纺丝时纤维在电场中鞭动的直径范围。Shahrad Zarkoob8等第一次报道了 Neplhila蜘蛛丝的静电纺丝方法，他们通过用六氟异丙醇溶解 Nephila clav

21、ipes得到蛛丝溶液，经过静电纺丝得到纳米纤维。该纤维在 280下保持稳定，直径在 6.5-200nm，主要在 100nm左右较多；电子衍射显示静电纺丝得到的纤维的结晶度和取向度较蜘蛛吐丝更高。 Ohgo9等在溶剂的选择上有了创新，将蜘蛛丝溶解在六氟丙酮水合物中，采用静电纺丝成功制得了纳米纤维。韩国科学家 Kim10等尝试用甲酸作溶剂溶解再生丝素膜进行静电纺丝，结果只得到平均直径在 80nm左右的纤维。日本另一位学者Sachiko11采用与 Kim相近的方法纺丝，制得直径小于 100nm的纤维。 MMin12等人 将人体角化细胞和纤维原细胞种植在静电纺丝制得的纤维毡上，在实验室条件下培养了 7

22、天，用 SEM观察纤维毡上的细胞形态， 3天后发现细胞已经在丝素纤维表面黏附、繁殖，并开始通过纤维表面孔隙迁移，进入支架内部；与此同时，这些细胞与周围纤维相互融合，保持表型并按纤维的取向方向生长，形成一个三维的纳米纤维网状结构。 Jim13等人也对人骨髓干细胞在静电纺丝素纤维中的生长进行了研究，他们将细胞种植在由丝素和 PEO共混后静电纺制备的纤维毡上，培养 7天后，用 SEM观察后发现，这种与细胞外基质结构相似的纳米纤维毡促进了细胞的黏 附和增殖，有很好的生物相容性，可作为生物支架材料使用。蜘蛛丝是一种天然蛋白质纤维，它具有的许多优良的性能是其他天然纤维和合成纤维所无法相比的，因此若能用静电

23、纺丝方法得到纳米级的蜘蛛丝产品，其在生物医学领域必有广阔的应用和发展空间 14。 1.2 聚吡咯 1.2.1 聚吡咯的加工 聚吡咯容易合成，电导率高，人们已经对其进行了广泛而深入的研究，并且逐渐向工业应用方向发展。但是它有难溶难熔的缺陷，难以将其加工成所需的型材，这大大限制了其实际应用。改善聚吡咯的加工性能，目前有以下几种方法： （ 1） 采用原位聚合 法，以通用的聚合物为基材，使吡咯的聚合在基材的内部或表面发生，直接得到聚吡咯复合物。 Suk-Hye Son21把表面含氧化剂的 PMMA颗粒置于吡咯单体溶液中制得的 PPY/PMMA复合粉末，电导达到 0.02s/cm。 Chun-GueyW

24、u22通过聚合制得聚吡咯 /硅烷复合物室温电导率可达 1.6s/cm。德国的 Omastov等人 23 24 25通过化学改性使得聚吡咯植入绝缘的高分子基质中形成网状结构，制得了 PE/PPy、 PP/PPy、 PPMA/PPy，电导随聚吡咯的浓度不同在 110-11-1s/cm 区间。钱人元等 26、宝净生等 27、尹五生等 28将吡咯单体溶胀扩散到柔性链的聚合物基体中，再让吡咯原位聚合，可得力学性能较高的又有一定电导率的分子复合材料（ MC），用该方法制得 PPy/PVC、 PPy/Pan、 PPy/PA6,6、 PPy/PET、 PMMA/PPy 膜其中 PPy/PA6膜力学性能和导电性

25、能都较好，电导率达 119s/cm。 （ 2） 制备可溶性的聚吡咯也即导电聚合物。在吡咯环的位上引入长链烷基，制成的聚吡咯系高聚物在有机溶剂中具有一定的溶解度，高分子链可以在溶液中进行掺杂，电导率与未取代的聚吡咯相似。通过在聚吡咯环上引入长链烷基方法，获得可溶可熔的聚烷基吡咯，从而彻底改变了以往导电高分子的不溶不熔性，可制成典型的导电塑料。 Youqing Shen29等人以 -萘磺酸为掺杂剂吡咯单体化学聚合制得可溶性的 PPy-NSA，电导为 27s/cm,在间甲酚中的溶解度随 NSA浓度的增大而增大，最高的溶解度是 1.2g/100mL。 G.J.LEE30等人在吡咯单体的水溶液中以十二苯

26、磺酸作为掺杂剂，四氟硼酸四乙基胺为共掺杂剂，过硫酸胺为氧化剂化学氧化合成了可溶在间甲苯酚及一定条件下可溶在氯仿中的 聚吡咯，室温下电导可达1.18s/cm。 （ 3） 制备可热加工的聚吡咯。用高分子电解质甲基丙烯酸或磺化聚乙烯醇掺杂可制备球状颗粒形态的聚合物，高温和剪切作用下有热延性，从而可以塑膜。 （ 4） 制备水溶液悬浮液。 1.2.2 聚吡咯在生物医疗方面的应用 （ 1） 聚吡咯对哺乳动物细胞形状和生长的无损调控 31 通常 , 培养细胞的生长和功能是通过添加培养基的成分来控制的。这些成分包括血清、特定的生长因子以及可溶性激素。大多数哺乳动物细胞是粘附依赖性的 , 必须附着并在表面伸展才

27、能生长和分化 。 因此 , 细胞和培养器皿内表 面的相互作用对于其生长和功能的调节至关重要。如果改变了细胞和附着在表面的细胞外基质蛋白 (ECM) 的相互作用 , 这种伸展将被阻止。如若能够调节培养皿表面和 ECM的表面属性 , 就能控制细胞的生长和功能。 Wong 等人的研究表明 , 在 ITO玻璃上沉积一层聚吡咯膜 (掺杂物为甲基苯磺酸四乙胺 ) , 再在其上包被一层纤维粘连蛋白分子 , 当聚吡咯处在氧化态时 , 对在其上培养的哺乳动物细胞的粘附、分化和 DNA的合成有明显的促进作用。而当聚吡咯为中性态时 ,即加上 -0.5V 电压后 , 可以无损伤且可逆地抑制细胞的铺展与 DNA 合成。

28、对照试验是在光洁的 ITO玻璃本身加上电压并没有这种促进作用 , 显示出聚吡咯本身独特的表面属性。这样的控制不受细胞密度和培养液成分的影响 , 仅通过加电就可以可逆地改变聚吡咯的表面结合特性 , 在细胞操作和组织工程中有广阔的应用前景。 应用聚吡咯的导电性和细胞相容性，尤其是它在氧化态和还原态的可逆转化中有明显的体积变化。瑞典科学家发明了一种超微机器人 32，可望在显微手术中担负将单一细胞取出移位或捕捉细菌的重任。他们在硅晶片的外层覆盖一层钛，用于制作机器人的框架，在钛上沉积一层金，并在其上蚀刻出电路。在 电路的特定部位沉积环苯丁烯 (BCB) 作为微型机器人的固定部件 骨架，然后 , 在光敏

29、抗蚀剂 (photo resist) 的遮罩下，在金层上电合成聚吡咯以连接机器人的各关节，最后，除去钛框架 , 并将机器人释放出来。每一个微机器人都有一个手臂，一个手腕 , 2到 4个手指。金 -聚吡咯双层既能够在加电压后因体积变化而产生弯折力，又能抗氧化，是微机器人的主要动力和操作平台。为了完成动作，研究者们在聚吡咯上加一定的电压，使手指弯曲合拢，然后当需要放开机器手时再改加不同的电压，对电压的方向和大小编程就可以使机器手完成一连 串复杂的动作。制成后的机器人全长约 670mm, 平铺时宽度约为 170 240mm。具备这个功能的微机器人可以执行很多任务，如采集细胞大小的标本，并将它们移动到

30、分析台，导尿管微定位，最微型的外科手术，检验仪器，组装微结构等。 （ 2） 聚吡咯对神经细胞生长的刺激作用 神经细胞是一类比较特殊的细胞 , 由于它的高度分化一般是不能再生的 , 因此 ， 神经细胞受损的病人往往会留下后遗症而不能完全康复 , 使受损伤的神经细胞尽可能的再生也就成为研究热点。 M IT 的 Schmidt33用鼠 PC212 细胞做研究对象 , 在 48h 的培养过程中 (24h 后 ) , 通过聚吡咯膜给细胞加 2h 恒压 100mV 的电刺激 , 再测量生长的神经节长度对比未加电的 PC212 细胞来判断聚吡咯的作用。统计结果表明 , 对 PC212 而言 , 加电刺激比不

31、加电刺激神经节要增长近一倍。有对照实验表明 , 其效果是通过聚吡咯膜的导电性而不是通过培养溶液的离子导电性起作用的。聚吡咯膜也支持鸡的包含雪旺氏细胞的坐骨神经细胞移植物、纤维原细胞和其它神经节派生细胞的生长和分化。据推测 , 这归功于掺杂后的聚吡咯膜的强负电性表面对细胞表面的带正电性的基质蛋白的吸附作用。 最近 , Schmidt 选择了纤连蛋白 (FN)， 考察这种物质在加电状态下与聚吡咯的吸附作用以验证以前的推测。研究发现 , 在聚吡咯与 FN 接触的最初 2h 里 , 加电流 100mA 能显著地增加 FN 在聚吡咯上的吸附量。实验表明 , 电刺激吸附的 FN 和非电刺激吸附的 FN 在

32、吸附力方面并没有什么不同。用这样的聚吡咯培养 PC212 细胞 (不加电 ) , 细胞拉伸增加 50%。而如果接触 2h 再加电 , 用于培养细胞 , 则与不加电没有显著的差别。这个实验结果说明 , FN 的吸附在 2h 里已经完成。电场对于 ECM 吸附量和方式 的影响是促进神经细胞生长的主要原因之一。 （ 3） 组织工程中的应用研究 Schmidt34尝试将 ECM 中的一种 透明质酸掺杂到聚吡咯中合成新的复合物 36。这种复合物在体内起促进血管生成的作用。聚吡咯 -HA 在那些既能从电刺激中得到好处又需要增强血管生成作用的组织工程和伤愈应用中是很好的候选物。聚吡咯是一种适合做组织生长支架

33、的聚合物 ， 可以用于刺激神经细胞、骨细胞再生、血管移值以及体外肝脏的培植等组织工程学领域。 Guido in35等报告了有关聚吡咯膜在组织工程中的应用实验。用编织聚酯制成小直径 的管 , 在上面用聚吡咯包被 , 然后移植到小鼠的体内 , 观察体内的反应以及血管上皮细胞在其上的增长情况。磁共振研究和生物学研究显示 , 电阻率较高的聚吡咯复合材料在整个移植过程中引发的组织反应最低 , 这和它在体外试验结果一致。聚吡咯用于伤愈再生和组织工程的优点是 : 1加电的区域定位准确 ； 2 聚吡咯便宜且易于合成 , 通过加入不同的掺杂分子以及加电与否 , 可以获得不同的表面特性 , 使得在同一表面不同区域

34、获得与细胞粘连和不粘连的表面格局成为可能。从而在同一表 面可获得清晰分界的不同生长阶段的细胞 ； 3 基质类似物和生长因子可以偶联到聚吡咯载体上并依次释放 , 给神经甚至骨的再生提供多种刺激 37。 1.3 静电纺丝技术 1.3.1 静电纺丝的基本参量 在聚合物静电纺丝过程中有很多因素影响纤维的形成及形态。这些因素包括： (1)溶液性质，如粘度、电导率、表面张力、粘弹性等； (2)工艺参数，如储液管的液静压、电位、储液管和接收屏间的距离等； (3)环境参数，如温度、湿度、空气流速等。 一般而言，当纺丝装置固定时，施加的电场强度 (单位 kV/cm)与施加的静电电压 (单位kV)成正比；当喷丝头孔径固定时，射流平均速度显然与电纺流体的流动速率成正比；喷丝