靜電紡絲法制備聚苯胺復(fù)合微納米纖維力敏傳感器以及血管模擬微流控芯片的設(shè)計(jì)和應(yīng)用.pdf

1、微納米加工技術(shù)的進(jìn)步促進(jìn)了材料學(xué)、微型電子器件和生物學(xué)的發(fā)展。其中，靜電紡絲技術(shù)是一種簡易且適應(yīng)范圍廣泛的制備微納米纖維的方法。這種方法可以應(yīng)用于制備各種微納米纖維結(jié)構(gòu)的無機(jī)、有機(jī)甚至是生物大分子材料，其纖維直徑可從幾微米到幾十個(gè)納米。由該方法制備的微納米纖維材料在微納米器件、生物組織工程和催化過濾等方面都擁有廣泛的應(yīng)用潛力。
　　我的第一部分工作就是應(yīng)用這一技術(shù)，對導(dǎo)電聚苯胺微納米纖維的制備及其在形變過程中電學(xué)性能進(jìn)行了探索和研

2、究。首先，我利用滾筒收集靜電紡絲儀器制備了有序排列的絕緣高分子材料微納米纖維。通過調(diào)節(jié)紡絲電壓、針頭與滾筒的距離、滾筒的轉(zhuǎn)速可以制得不同材料、不同直徑的有序纖維。用這種方法，我們分別制備了聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)和聚偏二氟乙烯(PVDF)的有序纖維，并以這些有序纖維為導(dǎo)電聚苯胺生長的基底。然后，將制備好的有序纖維樣品浸入樟腦磺酸摻雜的苯胺聚合反應(yīng)液中。在室溫下，通過原位聚合反應(yīng)在絕緣纖維的表面會生成一層聚苯胺包裹層

3、。從而形成以導(dǎo)電聚苯胺為外殼，絕緣材料為核心的有序同軸纖維。最后，我們對該材料的形貌和性能進(jìn)行了測試和表征。相較于摻雜聚苯胺顆粒直接電紡的纖維，該材料具有更高的導(dǎo)電率和更好的形變性能。同時(shí)，在電學(xué)性能測試中這種材料的導(dǎo)電率會隨曲率變化?；谶@些材料特性，該材料可以用于力敏傳感器的開發(fā)。我們的研究結(jié)果顯示，這種力敏傳感器將具有高彈性，高靈敏度，信號穩(wěn)定可重復(fù)等顯著優(yōu)點(diǎn)。其在電子技術(shù)尤其是微電子技術(shù)如精確測量和高敏感機(jī)器人傳感器的發(fā)展中具有

4、巨大的應(yīng)用前景。
　　相較于靜電紡絲技術(shù)，平面光刻蝕技術(shù)雖然較為復(fù)雜、應(yīng)用范圍較窄，卻可以實(shí)現(xiàn)在微納米尺度上對材料或模板的精確加工。它是最早發(fā)展，也是目前應(yīng)用最為廣泛的微加工技術(shù)。微流控生物芯片的制備就普遍依賴于該項(xiàng)技術(shù)。微流控芯片在生物和醫(yī)學(xué)研究上得到了廣泛應(yīng)用。利用微流控芯片技術(shù)建立重要器官、組織的體外模型，可以為體外研究提供更接近真實(shí)生理病理環(huán)境，從而為闡明復(fù)雜的生理病理過程提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
　　我的第二部分工作就是基于

5、這一技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用于血管模擬的微流控芯片裝置。該裝置用于體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)，可以通過控制變換裝置內(nèi)的流體剪切力和機(jī)械拉伸力來實(shí)現(xiàn)對血管內(nèi)各處的流體力學(xué)環(huán)境的模擬。同時(shí)，由于該裝置由完全透明的聚二甲基硅氧烷(PDMS)和玻璃組成且具有較薄的底面，可以在顯微鏡下實(shí)現(xiàn)裝置內(nèi)實(shí)驗(yàn)過程或細(xì)胞結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)觀測。我應(yīng)用這一裝置模擬了腫瘤細(xì)胞血行轉(zhuǎn)移的過程，探索了血管內(nèi)特殊流體力學(xué)環(huán)境對腫瘤轉(zhuǎn)移的影響，并在該體系中研究了腫瘤壞死因子-α(TNF-α)