电纺PCL薄膜等离子体处理-plasma treatment

静电纺丝(简称电纺)是利用高压静电场拉伸聚合物液滴使之细化,溶剂挥发固化成丝,最终沉积在接收装置形成聚合物纤维膜的技术!。所制电纺薄膜具有孔隙率高、比表面积大、柔韧性好、易表面改性等优势,在环境净化、生物医学及可穿戴设备等领域广受关注3;然而,电纺薄膜表面缺乏足够多的活性位点,需对其表面进行改性,从而获得具有附加性能的多功能薄膜以拓宽应用场景。电纺薄膜表面改性可分为化学改性和物理改性。物理改性主要包括浸涂法、磁控溅射法、等离子体处理法、热处理法及聚多巴胺(PDA)黏附法等。物理改性因操作简便、无化学副产物、表面官能团依赖度低等优势成为电纺薄膜表面改性的首选。聚己内酯(PCL)具有较高的弹性模量和优异的可纺性,非常适合采用电纺技术成型加工。电纺PCL薄膜具有良好的热稳定性和生物相容性,在组织工程支架、药物载体等医用领域已有一些应用;然而,其较低的表面亲水性不利于细胞附着、迁移、增殖和分化,阻碍了在生物医学领域的深入应用。本文主要介绍了电纺PCL薄膜等离子体处理技术。

等离子体处理

等离子体处理法是一种针对材料表面的改性方法。在反应器中,辉光放电等离子体在低压下产生并通过电磁辐射或交流/直流相互作用获得能量。气体等离子体中的带电物质包括离子、电子、自由基、亚稳态和光子。这些活性物质轰击固体表面,将能量从等离子体转移到固体表面,并通过留下许多反应位点而被蚀刻,能够去除表面污染、沉积薄涂层并引入新的化学官能团。适当选择等离子体源和操作参数有助于在薄膜表面形成不同的官能团(如用氨或氧等离子体处理可在薄膜表面生成胺基或羧基,可以调整薄膜表面的附着力、粗糙度和润湿性能。等离子体处理法快捷高效,不使用任何溶剂,并且不会产生化学副产物,具有环境友好的特点。

改善生物相容性

经等离子体处理的PCL薄膜表面会产生多种含N或O的官能团,成纤细胞的附着力和活力显著增加,并且经过氧等离子处理的PCL薄膜生物相容性更好,表明等离子体修饰技术在聚合物表面生物活化领域具有发展前景。

提高亲水性

PCL是疏水聚合物,为了提高表面亲水性,利用等离子体清洗机在真空条件下用氧等离子体处理PCL纤维膜以改善其亲水性。结果如图1所示,经过氧等离子体处理PCL纤维膜接触角显著降低,未处理的PCL纤维膜接触角大小约为120±2.5°,处理后的PCL(plasma)纤维膜接触角大小约为26±1.8°。

图1 PCL薄膜氧等离子体处理前后的接触角测试

综上所述：等离子体处理能有效增强PCL薄膜的亲水性，提升细胞的附着、增殖和迁移能力。