聚乳酸纳米纤维的常规与无针头静电纺丝法制备及性能对比研究

本研究针对常规静电纺丝(CE)存在的低生产率、毛细管堵塞等问题，通过优化无针头静电纺丝(NE)工艺参数（45 kV电压、150 mm/h支撑速度等），成功制备出具有更高孔隙率(83±5%)和十倍产能的聚乳酸(PLA)纳米纤维，为生物技术领域的大规模纳米纤维生产提供了创新解决方案。

　　

在生物技术领域，纳米纤维因其独特的物理化学特性正引发一场材料革命。这些直径仅数百纳米的超细纤维，凭借其巨大的比表面积和三维多孔结构，成为固定生物活性分子和微生物的理想载体。从智能食品包装到环境污染治理，再到组织工程支架，纳米纤维的应用边界不断拓展。然而，制约其产业化的关键瓶颈在于传统制备技术——常规静电纺丝(Conventional Electrospinning, CE)存在明显的效率缺陷：单针头设计导致产能低下（约0.3 g/h）、频繁的毛细管堵塞以及漫长的加工周期，这些问题如同悬在纳米纤维商业化道路上的达摩克利斯之剑。

为突破这一困境，来自巴西研究团队在《International Journal of Biological Macromolecules》发表的重要研究，系统比较了CE与新兴无针头静电纺丝(Needleless Electrospinning, NE)的技术差异。研究人员通过精确调控电压、纺丝距离等关键参数，成功实现了聚乳酸(Poly(lactic acid), PLA)纳米纤维的高效制备，这种生物可降解材料因其优异的生物相容性，在医疗器械和药物递送领域具有特殊价值。

研究采用溶液流变学测试、扫描电镜(SEM)、差示扫描量热法(DSC)等技术手段，对两种方法制备的纳米纤维进行系统表征。特别值得注意的是，团队建立了包含45 kV工作电压、18 cm电极间距等参数的NE优化体系，这些数据来自对巴西实验室提供的PLA材料（分子量190,000 g/mol）的系列测试。

材料与聚合物溶液制备
使用氯仿/丙酮(3:1)混合溶剂制备14% (w/v)的PLA溶液，经16小时磁力搅拌获得均匀纺丝液。该溶液展现616±6.31 mPa·s的理想粘度和0.01 μS/cm的低电导率，为稳定纺丝奠定基础。

聚合物溶液表征
流变学分析证实溶液具有适合纤维拉伸的粘弹性，电导率测试显示其符合非离子型聚合物的典型特征，这些数据为后续工艺优化提供了理论依据。

结论
NE技术展现出显著优势：制备的纳米纤维平均直径(460±155 nm)更小，孔隙率(83±5%)较CE产品(77±2%)更高，且产能提升近十倍。这种结构特征特别有利于生物活性物质的负载与释放，在创伤敷料、环境吸附等应用场景具有特殊价值。

作者贡献声明
Ana Claudia Araujo de Almeida主导实验设计与论文撰写，Bruna da Silva Vaz负责方案论证，Jorge Alberto Vieira Costa提供经费支持，Michele Greque de Morais统筹项目管理。研究获得巴西高等教育人才协调委员会(CAPES)的资助。

这项研究的创新性在于首次建立了NE工艺的标准化参数体系，证实其不仅能保持CE产品的优良特性，还可大幅提升生产效率。该成果为生物可降解纳米纤维的工业化生产扫清了技术障碍，对推动绿色生物材料在医疗、环保等领域的应用具有里程碑意义。尤其值得注意的是，优化的NE工艺完全避免了传统方法常见的针头堵塞问题，这种技术突破可能重新定义未来纳米纤维制造的技术路线。随着全球对可持续发展材料的迫切需求，这项研究为PLA等生物基材料的升级应用提供了关键技术支持。