实验室微量注射泵在高压静电纺丝的应用
静电纺丝是一种利用表面经典排斥作用，以粘性流体为原料，简便、通用、连续地制备纳米纤维的方法。静电纺丝制备的纳米纤维，其直径可以达数十纳米，纳米纤维的材料范围广泛，包括高分子、陶瓷、小分子以及其复合物。除了可以制备表面光滑的纳米纤维，静电纺丝发还可以制备具有二级结构的纳米纤维，包括孔、空腔、核-壳结构等。纳米纤维的表面和内部可进一步地加入分子或纳米颗粒修饰，这一过程可在静电纺丝过程中同时进行、也可在纳米纤维形成之后进行。另外，对纳米纤维进行排列、堆垛、折叠，可组装形成有序结构或分级结构。这些特性使得静电纺丝被广泛应用于空气过滤、水处理、异相催化、环境保护、智能织物、表面涂层、能量的收集转化和存储、封装生物活性材料、药物缓释、组织工程、再生医学等。
静电纺丝即在高压静电下用聚合物溶液进行纺丝的过程。静电纺丝可以制备直径在几十到几百纳米的纤维，产品具有较高的孔隙率和较大的比表面积，成分多样化，直径分布均匀，在生物医学、环境工程以及纺织等领域具有很高的应用价值。常见的静电纺丝纳米纤维在过滤以及个体防护方面可以用于水处理、防护服、口罩等；在传感器领域可以用作电阻传感器、光学传感器等；在化工领域可以用于催化剂等；在生物医学领域可以用于伤口敷料、组织工程支架、药物载体等。
在材料、生物工程等科研中利用高压静电场对高分子溶液的击穿作用来制备纳微米纤维材料；基本原理是在喷射装置（注射泵）和接收装置间施加高压的静电场，从注射器的锥体端部形成射流，并在电场中被拉伸，最终在接收装置上形成无纺状态的纳米纤维。
1.静电纺丝的装置和基本原理
静电纺丝的装置包括四部分：高压电源、注射泵、喷丝头、接收器。当粘弹性流体被推出喷丝头时，表面张力会促使其形成球形液滴。而由于喷丝头上外加了高电压，使液滴表面带同种电荷。当静电排斥作用足够强时，可以抵消表面张力作用，此时液滴不是球形而是圆锥形。开始喷丝后，液体首先进入锥-射流区（cone-jet），在表面电荷排斥和强电场的共同作用下，射流直径越来越小、直至发生弯曲。之后射流进入鞭动不稳定区（whipping instability）,射流加速的同时如鞭子一样摆动，在此射流直径大幅下降、溶剂挥发。最终，射流固化形成超细直径的纤维。
静电纺丝
典型静电纺丝装置图—平行式
2.静电纺丝影响因素
高压电源的正极与负极分别与注射器针头和接收装置相连，而接收装置的形式也是多样化的，可以是静止的平面、高速转动的滚筒、圆盘，或特殊形状的支架模具等。纺丝的参数设置、环境条件等对纺丝的效果影响至关重要。
影响静电纺丝的因素和工艺参数有很多，可以归为2类：①体系因素，包括聚合物的分子质量、分子质量分布和溶剂性质如（粘度、电导率、介电常数和表面张力）等；②电纺工艺参数，包括施加的电场强度、溶液浓度、溶液流动速率、喷丝口的尺寸、喷丝口与接收器的距离和环境条件（温度、湿度、空气流动速率）等。其中溶剂的选择、注射速度的稳定、溶液浓度、施加的电场强度与喷丝口与接收器的距离是影响纺丝的主要因素。
3.注射泵注意事项
● 纺丝装置要放置在一个有金属屏蔽的箱体内；
● 屏蔽箱和注射泵必须接地线；
● 注射泵和高压静电设备最好不要共用一个电源。
从高分子纤维到陶瓷纳米纤维：静电纺丝最初是利用高分子溶液、制备高分子纳米纤维的技术。当结合溶胶凝胶法后，其应用领域扩展到复合纳米纤维和陶瓷纳米纤维。最早人们以聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和钛酸四丁酯为原料、用静电纺丝法制备无定形 TiO2 纳米纤维，空气中煅烧后除去有机物。类似的方法可以用来制备系列氧化物的纳米纤维。
多孔纳米纤维：在本为实心的纳米纤维中形成多孔结构能有效提高其比表面积。主要策略是（1）选择性去除纳米纤维中的一种组分，例如将复合纳米纤维中的聚合物烧掉、留下多孔陶瓷纤维；（2）在完全固化前诱导产生聚合物-溶剂相分离，例如直接将纺丝喷入液氮中，用冷冻干燥法得到多孔高分子纳米纤维。
定向排列的纳米纤维：当接收器为导体时，纳米纤维取向是无规的。但是在很多应用中需要定向排列的纳米纤维。实现纳米线的定向排列可以（1）利用机械法，通常是使用一个转轴作为接收器，纤维按照旋转方向定向排列；（2）利用磁场控制，在聚合物溶液中加入少量磁性纳米粒子使得纳米纤维具有磁性，这样可以得到单项排列的阵列；（3）作者特别介绍了他们利用电场控制纳米纤维取向的方法：在接收器上加入特定的电极，利用静电场实现纺丝的定向排列；通过调制电场能形成特殊的纺丝花样。
纳米纤维作为催化剂载体：在利用贵金属纳米颗粒进行异相催化时，通常使用氧化物作为载体。使用纳米陶瓷纤维形成的无纺布薄膜作为催化剂载体时，其具有多孔、热稳定性好的特点，此外不同的氧化物对贵金属催化剂的电子结构有不同的调制作用。作者在此主要讨论了氧化物避免贵金属高温烧结的问题。
纳米纤维作为组织工程学的支架材料：静电纺丝纳米纤维被广泛研究用于组织工程学，这是由于其能够模拟细胞外间质（ECM）的分级结构。作者课题组将其作为支架结构，用于调控细胞行为和组织再生。具体包括模拟细胞外间质的结构以调控细胞生长形态；诱导细胞迁移以促进硬脑膜组织再生；诱导和促进神经细胞轴突伸长；促进肌腱到骨的组织再生。