科学家开发绿色制备聚乳酸纤维新方法,孔隙率超过80%确确实实

来源:DeepTech深科技

科学家开发绿色制备聚乳酸纤维新方法,孔隙率超过80%确确实实

聚乳酸(polylactic acid,科学PLA)是家开一种常见的可降解高分子材料,目前已应用于诸多领域。发绿法孔例如,色制生物医学工程、备聚包装、乳酸确确实实服装和纺织品、纤维新方隙率农业、超过汽车工业、科学3D 打印等。家开

其中,发绿法孔在生物医学工程领域,色制PLA 因本身及降解产物的备聚良好生物相容性而备受青睐。它在手术缝合线、乳酸骨钉和骨板等新型医疗产品中发挥着重要作用,纤维新方隙率并被广泛地应用。

但是,PLA 纤维的加工成型通常依赖高温或有机溶剂(如熔融纺丝或湿法纺丝),这限制了它在负载生物活性物质(比如蛋白质)方面的应用。

在以往的研究中,科学家虽然通过微流纺丝或湿法纺丝等方法,艰深晦涩也能在室温条件下实现 PLA 纺丝。

但是,需要了解的是,PLA 的纺丝过程通常受限于一系列问题。例如,挥发性溶剂的使用、生物不相容性,以及由不可控溶剂交换导致的复杂纤维形貌等。

近期,瑞士联邦材料科学与技术研究所的滔天大罪研究团队,发展出一种用水凝胶辅助微流体纺丝的新策略。该方法利用绿色溶剂,在室温条件下即可制备出可控的 PLA 纺丝。

该研究为解决在 PLA 纺丝过程中,经常出现的室温负载生物活性分子和避免有毒溶剂等问题,提供了新的解决方案。

“这是第一个在没有任何石油基溶剂或石油基聚合物辅料,而是完全基于生物基材料的条件下,实现 PLA 微流纺丝的例子。值得一提的大模大样是,纺丝后处理的过程也完全是绿色的。”该论文通讯作者、瑞士联邦材料科学与技术研究所韦孔昌博士说道。

图丨使用水凝胶辅助微流体湿纺法制备 PLA 纤维(来源:Chemical Engineering Journal

基于 PLA 是一种生物基聚合物的考虑,他们使用从植物中提取的绿色溶剂 CyreneTM来制备纺丝原液。“这种方法既不依赖石油基有机溶剂,也不依赖高温熔融纺丝,而是一种在室温下完全绿色的、生产 PLA 微丝的策略。”韦孔昌表示。海底捞针

与用熔融纺丝制备的实心 PLA 纤维不同的是,用这种新方法生产的 PLA 微丝有一个显著的特点,即其拥有超过 80% 的孔隙率。

图丨聚乳酸-海藻酸混合纤维和聚乳酸纤维的光学图像和扫描电镜图像(来源:Chemical Engineering Journal

有意思的是,研究人员还在机理研究中发现了一个“意外的收获”。

具体来说,PLA 这种生物基的聚酯高分子与绿色溶剂 CyreneTM在室温条件下,可以通过大分子自组装形成一种特殊的有头有脸混合晶体结构,这导致溶剂被包裹在 PLA 折叠而成的 3D 网络结构中,进而从溶液状态转变为绿色聚酯有机胶。

韦孔昌表示:“这种独特的现象,很有可能为绿色制造或绿色纺丝带来新的机会。”

图丨该论文第一作者、瑞士联邦材料科学与技术研究所博士研究生王吴超(来源:该团队)

韦孔昌在复旦大学获得本科和博士学位,在香港中文大学从事研究助理和进行博士后研究,之后在瑞士联邦材料科学与技术研究所从事博士后研究。

目前,他担任瑞士联邦材料科学与技术研究所“组织再生软材料”课题组组长,香消玉殒研究方向包括聚合物水凝胶、超分子生物材料、组织工程、微流体生物制造等。

下一步,该课题组计划通过扩展不同的绿色有机溶剂,来尝试获得一个相对完整的、描述 PLA 绿色溶液特性的图谱,并进一步改进高孔隙率 PLA 纤维的力学性能。

参考资料:

1.Wuchao Wang et al. Hydrogel-assisted microfluidic wet spinning of poly(lactic acid) fibers from a green and pro-crystallization spinning dope. Chemical Engineering Journal 481,长幼有序148417(2024). https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.148417

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