用于制造聚合物纖維的系統(tǒng)、裝置和方法
【專利摘要】根據(jù)示例性實(shí)施方式，提供用于形成微米、亞微米和/或納米尺寸聚合物纖維的方法。所述方法包括提供聚合物的靜態(tài)沉積物。所述方法也包括接觸所述聚合物的表面以傳遞足夠的力，以便部分的所述聚合物脫離所述接觸，并將所述聚合物的所述部分甩離所述接觸和甩離所述聚合物的所述沉積物，由此形成微米、亞微米和/或納米尺寸聚合物纖維。
【專利說(shuō)明】用于制造聚合物纖維的系統(tǒng)、裝置和方法
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)
[0002] 本申請(qǐng)要求2011年11月17日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)61/561，185的優(yōu)先權(quán)，該申 請(qǐng)通過(guò)引用被全文并入本文中。
[0003] 政府支持
[0004] 本發(fā)明利用美國(guó)國(guó)防部（DARPA)授予的政府支持W911NF-10-1-0113作出。美國(guó) 政府具有本發(fā)明的某些權(quán)利。

【背景技術(shù)】
[0005] 聚合物纖維，例如納米纖維，具有廣泛的用途，包括但不限于用于催化底物、光 子學(xué)、過(guò)濾、防護(hù)服、細(xì)胞支架、藥物遞送和傷口愈合。采用聚合物纖維制備的結(jié)構(gòu)適 合用于組織工程學(xué)，因?yàn)檫@些結(jié)構(gòu)可容易地繞成不同的形狀，具有高表面質(zhì)量比、高孔 隙率（其有助于透氣性）、能夠包封活性物質(zhì)，和能夠取向等。采用聚合物纖維制成的 結(jié)構(gòu)的組織工程學(xué)應(yīng)用可以包括但不限于整形手術(shù)的、肌肉的、血管的和神經(jīng)的假體， 以及再生醫(yī)學(xué)。Madurantakam 等（2009)Nanomedicine4:193-206 ;Madurantakam，P. Α·等 2009)Biomaterials30(29) :5456-5464 ;Xie 等（2008)Macromolecular Rapid Communications29:1775 - 1792。
[0006] 靜電紡絲是制造聚合物纖維的傳統(tǒng)工藝。靜電紡絲采用高電壓在針頭尖端的聚 合物溶液液滴與收集裝置之間形成電場(chǎng)。電壓源的一個(gè)電極置于所述溶液中，另一個(gè)電 極連接至收集裝置。這傳遞靜電力至聚合物溶液的液滴。當(dāng)所述電壓增加時(shí)，電場(chǎng)增強(qiáng)， 因此增加在針頭尖端的聚合物溶液懸垂液滴的受力大小。增加靜電力在與所述液滴的 表面張力相反的方向起作用，導(dǎo)致所述液體拉長(zhǎng)，形成圓錐形，通常稱作泰勒錐（Taylor cone)。當(dāng)靜電力克服了液滴的表面張力時(shí)，從所述錐體噴出帶電的聚合物溶液的連續(xù) 噴射流。所述聚合物溶液的噴射流猛烈地鞭動(dòng)和彎曲著向所述收集裝置加速。當(dāng)溶液 遠(yuǎn)離針頭并朝向收集裝置移動(dòng)時(shí)，噴射流因溶劑蒸發(fā)而快速變細(xì)和干燥。在接地的收集 裝置的表面上，沉積無(wú)規(guī)取向的固體聚合物纖維的非織造墊。Zufan(2005)Final RET Report ;Xie，J.W.等（2008)Macromolecular Rapid Communications29(22) :1775-1792 ; Reneker，D.H.等（2007)Advances in Applied Mechanics41:43_195;Dzenis，Y. (2004) Science304 (5679): 1917-1919 ;Rutledge，G.C. and Yu，J.H. (2007) "Electrospinning，，In Encyclopedia of Polymer Science and Technology,John Wiley&Sons: New Jersey ;Krogman，K. C.等（2009)Nature Materials8(6):512-518 ;Pham，Q. P.等 (2006)Tissue Engineeringl2 (5):1197-1211 ;Boland，Ε·D.等（2001)Journal of Macromolecular Science-Pure and Applied Chemistry38 (12):1231-1243 ；Teo,W. E.和 Ramakrishna，S. (2006)Nanotechnologyl7(14):R89-R106;Li，D. ;Xia，Y.N. (2004) Advanced Materialsl6(14) :1151-1170 ;Greiner，A.和 Wendorff，J.H. (2007)Angewandte Chemie-International Edition46 (30):5670-5703。
[0007] 具有與靜電紡絲有關(guān)的多個(gè)弊端，例如，低的生產(chǎn)速率、對(duì)于高壓電場(chǎng)的要求、對(duì) 于精確溶液電導(dǎo)率的要求，以及需要制造取向纖維結(jié)構(gòu)的額外裝置。Lia和Xia(2004) Advanced Materialsl6:1151-1170 ;Weitz 等（2008)Nano Letters8:1187-1191; Arumuganathar, S.和 Jayasinghe, S. N. 2008)Biomacromolecules9(3):759-766。
[0008] 因此，本領(lǐng)域需要改進(jìn)的系統(tǒng)、裝置和方法來(lái)制造聚合物纖維，例如納米纖維。
[0009] 發(fā)明概沭
[0010] 本文描述的是由液體材料制造具有微米、亞微米和納米尺寸的纖維的改進(jìn)的系 統(tǒng)、裝置和方法。示例性的纖維形成裝置不使用噴射所述液體材料的噴嘴、容納和噴射所述 液體材料的噴絲板或旋轉(zhuǎn)儲(chǔ)液器（rotating reservoir)或形成所述纖維的靜電電壓。本 文所描述的示例性的裝置被簡(jiǎn)化成不使用噴絲板或靜電電壓。此外，不使用噴射所述液體 材料的噴嘴避免所述噴嘴的堵塞問(wèn)題。
[0011] 示例性的裝置、系統(tǒng)和方法可以制備具有從約1納米到約100微米的示例性尺寸 的微米、亞微米和/或納米尺寸的聚合物纖維。示例性的尺寸可以包括但不限于約15、20、 25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、110、120、130、140、150、160、170、 180、190、200、210、220、230、240、250、260、270、280、290、300、310、320、33、340、350、360、 370、380、390、400、410、420、430、440、450、460、470、480、490、500、510、520、530、540、550、 560、570、580、590、600、610、620、630、640、650、660、670、680、690、700、710、720、730、740、 750、760、770、780、790、800、810、820、830、840、850、860、870、880、890、900、910、920、930、 940、950、960、970、980、990、1000納米，10、20、30、40或約50微米。介于所述直徑之間的示 例性直徑也是本發(fā)明的部分。
[0012] 示例性的裝置、系統(tǒng)和方法可以用于形成單根連續(xù)纖維或多根具有相同或不同尺 寸的纖維，例如直徑約25納米至約50微米、約100納米至約1微米、約500納米至約100微 米、25 微米至約 100 微米，或約 5、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、 100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200、210、220、230、240、250、260、270、280、 290、300、310、320、33、340、350、360、370、380、390、400、410、420、430、440、450、460、470、 480、490、500、510、520、530、540、550、560、570、580、590、600、610、620、630、640、650、660、 670、680、690、700、710、720、730、740、750、760、770、780、790、800、810、820、830、840、850、 860、870、880、890、900、910、920、930、940、950、960、970、980、990、1000 納米，10、20、30、40 或約50微米。介于所述直徑之間的示例性直徑也是本發(fā)明的部分。
[0013] 在示例性實(shí)施方式中，可以形成多根取向的（例如，單軸取向的）微米、亞微米和 /或納米尺寸的聚合物纖維。
[0014] 在示例性實(shí)施方式中，通過(guò)控制一個(gè)或多個(gè)因素--包括但不限于旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的旋 轉(zhuǎn)速度、液體材料的濃度、液體材料的粘度、液體材料的分子量、液體材料的溶劑揮發(fā)性、 溫度等一可以設(shè)定由示例性的纖維形成裝置、系統(tǒng)和方法所形成的纖維的空間和層次結(jié) 構(gòu)。
[0015] 采用本發(fā)明的方法和裝置所形成的纖維可以具有任意長(zhǎng)度。示例性的長(zhǎng)度范圍可 以從約納米至約500碼，但不限于該示例性的范圍。一些示例性的纖維長(zhǎng)度可以包括但不 限于lnm至約100nm、約1mm至約100mm、lcm至約100cm、1英尺至約100英尺、1碼至約100 碼等。介于所列舉的長(zhǎng)度之間的示例性的纖維長(zhǎng)度也是本發(fā)明的部分。
[0016] 在一個(gè)實(shí)施方式中，所述纖維的長(zhǎng)度可以取決于所述裝置運(yùn)行時(shí)間的長(zhǎng)度和/或 加料至所述系統(tǒng)的液體的量。另外，可以使用任意合適的工具將所述纖維切成想要的長(zhǎng)度。
[0017] 根據(jù)示例性實(shí)施方式制造的纖維可以用作例如細(xì)胞外基質(zhì)，并且與細(xì)胞一起也可 以用于形成工程化組織。該組織不僅可用于制造假肢裝置和再生醫(yī)學(xué)，而且可用于研究組 織發(fā)育生物學(xué)和疾病病理學(xué)，以及用于藥物發(fā)現(xiàn)和毒性試驗(yàn)。所述纖維也可以與其它物質(zhì)， 例如，治療劑組合，以便將該物質(zhì)遞送至應(yīng)用或植入纖維的位置，用于例如，治療需要該治 療的對(duì)象。根據(jù)本文公開(kāi)的所述方法制造的纖維也可以用于生產(chǎn)食品、膜、過(guò)濾器等。
[0018] 一種示例性實(shí)施方式提供形成微米、亞微米和/或納米尺寸的聚合物纖維的方 法。所述方法包括提供聚合物的靜止沉積物。所述方法也包括接觸聚合物的表面以傳遞足 夠的力，以使部分聚合物脫離所述接觸，并將聚合物的所述部分甩離所述接觸以及甩離所 述聚合物的沉積物，由此形成微米、亞微米和/或納米尺寸的聚合物纖維。
[0019] 另一示例性實(shí)施方式提供形成微米、亞微米和/或納米尺寸的聚合物纖維的系 統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括支撐聚合物靜止沉積物的平臺(tái)，和堅(jiān)直直布置在所述平臺(tái)上方并沿垂直 軸與所述平臺(tái)隔開(kāi)的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)包括可繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的中芯軸，和附著于所 述旋轉(zhuǎn)芯軸的一個(gè)或多個(gè)葉片。設(shè)置所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，并使其可運(yùn)行從而在旋轉(zhuǎn)時(shí)使所述一 個(gè)或多個(gè)葉片與聚合物的表面接觸以傳遞足夠的力，以使部分所述聚合物脫離與所述旋轉(zhuǎn) 結(jié)構(gòu)的一個(gè)或多個(gè)葉片的接觸，并將所述聚合物的所述部分甩離與所述一個(gè)或多個(gè)葉片的 接觸以及甩離所述聚合物的沉積物，由此形成微米、亞微米和/或納米尺寸的聚合物纖維。
[0020] 運(yùn)行本發(fā)明所述裝置以形成纖維的足夠的旋轉(zhuǎn)速度和時(shí)間可以取決于所述材料 的濃度和所形成的纖維的想要的特征。旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的示例性旋轉(zhuǎn)速度范圍從約l〇〇rpm至 約500, OOOrpm，但旋轉(zhuǎn)速度不限于該示例性的范圍。采用旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的某些示例性裝置可 以在約 1，000rpm-50, OOOrpm、約 1，OOOrpm 至約 40, OOOrpm、約 1，OOOrpm 至約 20, OOOrpm、 約 5, 000rpm-20, OOOrpm、約 5, OOOrpm 至約 15, OOOrpm 或約 1，000、1，500、2, 000、2, 500、 3, 000、3, 500、4, 000、4, 500、5, 000、5, 500、6, 000、6, 500、7, 000、7, 500、8, 000、8, 500、 9, 000、9, 500、10, 000、10, 500、11，000、11，500、12, 000、12, 500、13, 000、13, 500、14, 000、 14, 500、15, 000、15, 500、16, 000、16, 500、17, 000、17, 500、18, 000、18, 500、19, 000、19, 500、 20, 000、20, 500、21，000、21，500、22, 000、22, 500、23, 000、23, 500 或約 24, OOOrpm 的速度 下旋轉(zhuǎn)。在上面列舉的范圍和數(shù)值中間的范圍和數(shù)值也被考慮為本發(fā)明的部分。例如， 約10, 000rpm-15, OOOrpm或8, 000rpm-12, OOOrpm的旋轉(zhuǎn)速度是本發(fā)明方法所涵蓋的。在 一個(gè)實(shí)施方式中，采用旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的裝置可以在大于約1，OOOrpm、大于約l，500rpm、大于約 2, OOOrpm、大于約2, 500rpm、大于約3, OOOrpm、大于約3, 050rpm、大于約3, lOOrprn、大于約 3, 150rpm、大于約3, 200rpm、大于約3, 250rpm、大于約3, 300rpm、大于約3, 350rpm、大于約 3, 400rpm、大于約3, 450rpm、大于約3, 500rpm、大于約3, 550rpm、大于約3, 600rpm、大于約 3, 650rpm、大于約3, 700rpm、大于約3, 750rpm、大于約3, 800rpm、大于約3, 850rpm、大于約 3, 900rpm、大于約3, 950rpm或大于約4, OOOrpm的速度下旋轉(zhuǎn)。在上面列舉的速度中間的 速度也被考慮為本發(fā)明的部分。
[0021] 可以旋轉(zhuǎn)示例性的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)沖擊所述液體材料一段足以形成想要纖維的時(shí)間，諸 如，例如，約1分鐘至約100分鐘、約1分鐘至約60分鐘、約10分鐘至約60分鐘、約30分 鐘至約60分鐘、約1分鐘至約30分鐘、約20分鐘至約50分鐘、約5分鐘至約20分鐘、約 5分鐘至約30分鐘或約15分鐘至約30分鐘、約5-100分鐘、約10-100分鐘、約20-100分 鐘、約 30-100 分鐘或約 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、 23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、 48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69、70、71、72、 73、74、75、76、77、78、79、80、81、82、83、84、85、86、87、88、89、90、91、92、93、94、95、96、97、 98、99、100分鐘或更長(zhǎng)。在上面列舉的數(shù)值中間的時(shí)間和范圍也是本發(fā)明的部分。
[0022] 另一實(shí)施方式提供了微型化系統(tǒng)，用于在空腔，諸如人體的空腔或微型化空腔中 形成微米、亞微米和/或納米尺寸的聚合物纖維。所述系統(tǒng)包括具有伸入所述空腔內(nèi)用于 供給聚合物的供給端的聚合物供給管，和在所述聚合物供給管的所述供給端附近提供的微 型化旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)包括可繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的中芯軸，和附著于所述旋轉(zhuǎn)芯軸的一 個(gè)或多個(gè)葉片。所述系統(tǒng)還包括使所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)發(fā)生器。設(shè)置所述旋 轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，其是可運(yùn)行的，從而在旋轉(zhuǎn)時(shí)使一個(gè)或多個(gè)葉片接觸所述聚合物的表面以傳遞足 夠的力，以使部分聚合物脫離與所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的一個(gè)或多個(gè)葉片的接觸，并將聚合物的所 述部分甩離與所述一個(gè)或多個(gè)葉片的接觸以及甩離所述聚合物的沉積物，由此形成微米、 亞微米和/或納米尺寸的聚合物纖維。
[0023] 另一實(shí)施方式提供用于形成微米、亞微米和/或納米尺寸的聚合物纖維的系統(tǒng)。 所述系統(tǒng)包括支撐聚合物靜止沉積物的平臺(tái)，和布置在所述平臺(tái)附近且沿垂直軸與所述平 臺(tái)隔開(kāi)的噴射嘴。設(shè)置所述噴射嘴以產(chǎn)生對(duì)準(zhǔn)所述聚合物的氣體噴流，以便所述氣體噴流 接觸所述聚合物的表面以傳遞足夠的力，以將部分所述聚合物甩離與所述氣體噴流的接觸 和甩離所述聚合物的沉積物，由此形成微米、亞微米和/或納米尺寸的聚合物纖維。
[0024] 使用示例性的纖維形成裝置、系統(tǒng)和方法所形成的示例性的纖維具有許多應(yīng)用和 優(yōu)點(diǎn)。例如，示例性的纖維形成裝置、系統(tǒng)和方法可用于從細(xì)胞外基質(zhì)蛋白直接創(chuàng)建三維組 織工程支架而沒(méi)有危害效應(yīng)和對(duì)蛋白質(zhì)生物活性的干擾。示例性的纖維形成裝置、系統(tǒng)和 方法可用于將活細(xì)胞整合在這些微米和納米級(jí)聚合物支架內(nèi)以產(chǎn)生細(xì)胞包封線，而使用本 領(lǐng)域公知的納米纖維制造技術(shù)則是不可行的。示例性的纖維形成裝置、系統(tǒng)和方法可用于 從少量聚合物液體制造納米纖維組件。示例性的纖維形成裝置、系統(tǒng)和方法可用于從聚合 物熔體以及聚合物溶液制造納米纖維組件，這是由于本文公開(kāi)的所述裝置和方法不依賴于 溶液的電導(dǎo)率。示例性的纖維形成裝置、系統(tǒng)和方法可用于從原位交聯(lián)聚合物溶液制造納 米纖維，這是由于本文公開(kāi)的所述方法和裝置制造納米纖維的速率高。
[0025] 用于本發(fā)明的裝置和方法的示例性的聚合物可以是生物相容性的或非生物相容 的，并且包括，例如，聚氨酯、聚硅氧烷或有機(jī)硅、聚乙烯、聚乙烯基吡咯烷酮、聚（甲基丙烯 酸2-羥基乙酯）、聚（N-乙烯基吡咯烷酮）、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚丙 烯酰胺、聚（乙烯-共-乙酸乙烯酯）、聚乙二醇、聚甲基丙烯酸、聚丙交酯（PLA)、聚乙交酯 (PGA)、聚（丙交酯-共-乙交酯）（PLGA)、聚酸酐、聚磷腈、聚鍺燒（polygermane)、聚原酸 酯、聚酯、聚酰胺、聚烯烴、聚碳酸酯、聚芳酰胺、聚酰亞胺以及它們的共聚物和衍生物。
[0026] 用于本發(fā)明的裝置和方法的示例性的聚合物也可以是天然產(chǎn)生的聚合物，例如， 蛋白質(zhì)、多糖、脂質(zhì)、核酸或它們的組合。
[0027] 用于示例性實(shí)施方式的裝置和方法的示例性的蛋白質(zhì)，例如，纖維蛋白包括但不 限于海藻酸鹽、絲（例如，絲心蛋白和絲膠等）、角蛋白（例如，角蛋白，其是毛發(fā)、角 和指甲的主要蛋白質(zhì)成分、β_角蛋白，其是鱗和爪的主要蛋白質(zhì)成分等）、彈性蛋白（例 如，彈性蛋白原等）、原纖維蛋白（例如，原纖維蛋白-1，其是微纖絲的主要成分、原纖維蛋 白-2,其是彈性組織生成中的成分、原纖維蛋白-3,其被發(fā)現(xiàn)于大腦、原纖維蛋白-4,其是 彈性組織生成中的成分等）、纖維蛋白原/纖維蛋白/凝血酶（例如，纖維蛋白原，其在傷 口愈合期間通過(guò)凝血酶轉(zhuǎn)化為纖維蛋白）、纖維連接蛋白、層粘連蛋白、膠原蛋白（例如，膠 原蛋白I，其被發(fā)現(xiàn)于皮膚、肌腱和骨骼、膠原蛋白II，其被發(fā)現(xiàn)于軟骨、膠原蛋白III，其被 發(fā)現(xiàn)于結(jié)締組織、膠原蛋白IV，其被發(fā)現(xiàn)于細(xì)胞外基質(zhì)蛋白、膠原蛋白V，其被發(fā)現(xiàn)于毛發(fā) 等）、波形蛋白、神經(jīng)絲（例如，輕鏈神經(jīng)絲NF-L、中鏈神經(jīng)絲NF-M、重鏈神經(jīng)絲NF-H等）、 微管（例如，α-微管蛋白、β-微管蛋白等）、淀粉樣蛋白（例如，α-淀粉樣蛋白、β-淀 粉樣蛋白等）、肌動(dòng)蛋白、肌球蛋白（例如，肌球蛋白I-XVII等）、肌聯(lián)蛋白，其是最為人熟 知的蛋白質(zhì)（也稱作連接蛋白）等。
[0028] 用于示例性實(shí)施方式的裝置和方法的示例性的多糖，例如，纖維多糖包括但不限 于殼多糖，其是節(jié)肢動(dòng)物外骨骼的主要成分、透明質(zhì)酸，其被發(fā)現(xiàn)于細(xì)胞外間隙和軟骨（例 如，D-葡萄糖醛酸，其是透明質(zhì)酸的成分、D-N-乙酰葡糖胺，其是透明質(zhì)酸的成分等）等。
[0029] 用于示例性實(shí)施方式的裝置和方法的示例性的糖胺聚糖（GAG)包括但不限于建 立細(xì)胞外基質(zhì)的硫酸類肝素、有助于肌腱和韌帶強(qiáng)度的硫酸軟骨素、被發(fā)現(xiàn)于細(xì)胞外基質(zhì) 的硫酸角蛋白等。
[0030] 在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，用于本發(fā)明所述裝置和方法的聚合物可以是兩種或更 多種聚合物和/或兩種或更多種共聚物的混合物。在一個(gè)實(shí)施方式中，用于本發(fā)明所述裝 置和方法的所述聚合物可以是一種或多種聚合物和或多種共聚物的混合物。在另一實(shí)施方 式中，用于本發(fā)明所述裝置和方法的所述聚合物可以是一種或多種合成聚合物和一種或多 種天然產(chǎn)生的聚合物的混合物。
[0031] 在示例性實(shí)施方式中，所述液體材料可以是聚合物溶液，即聚合物溶于合適的溶 劑或溶液。在該實(shí)施方式中，所述方法可以進(jìn)一步包含在將聚合物引至所述裝置和/或?qū)?所述聚合物加料至所述裝置之前將聚合物溶于溶劑。在其它實(shí)施方式中，將聚合物作為聚 合物熔體加料至裝置。在示例性實(shí)施方式中，可以在適合熔融所述聚合物的溫度下加熱聚 合物，例如，在約1001：至約 3001：、100-2001：、約 150-3001：、約 150-2501：或約 150-2001： 或約 100、105、110、115、120、125、130、135、140、145、150、155、160、165、170、175、180、185、 190、195、200、205、210、215、220、225、230、235、240、245、250、255、260、265、270、275、280、 285、290、295或約300°C的溫度下加熱。在所列舉的溫度中間的示例性的溫度也是本發(fā)明 的部分。
[0032] 在示例性實(shí)施方式中，多根微米、亞微米和/或納米尺寸的纖維與試劑接觸，所 述試劑例如多種活細(xì)胞（如肌肉細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和上皮細(xì)胞）；生物學(xué)活性試劑 (如親脂肽、脂質(zhì)、核苷酸）；熒光分子、金屬、陶瓷、納米粒子和/或藥學(xué)活性試劑。在本發(fā) 明的某些實(shí)施方式中，與活細(xì)胞接觸的纖維在合適的介質(zhì)中在適宜于產(chǎn)生例如活組織的條 件下培養(yǎng)一段時(shí)間。
[0033] 在其它實(shí)施方式中，所述聚合物，即聚合物溶液，在所述制造工藝期間與活細(xì)胞接 觸，以制造具有大量細(xì)胞的纖維、（部分地或完全地）包封細(xì)胞的纖維和/或由細(xì)胞（部分 地或完全地）圍繞的纖維。所述聚合物也可以在所述制造工藝期間與另外的試劑，例如蛋 白質(zhì)、核苷酸、脂質(zhì)、藥物、藥學(xué)活性試劑、殺生物劑和/或抗微生物劑接觸，以制造含有這 些試劑的微米、亞微米和/或納米尺寸的聚合物纖維。
[0034] 在其它方面，本發(fā)明提供使用本發(fā)明所述方法和裝置制造的纖維，以及含有本發(fā) 明所述聚合物纖維的組織、膜、過(guò)濾器、生物防護(hù)織物、生物傳感器裝置、食品和藥物遞送裝 置。
[0035] 根據(jù)本文公開(kāi)的所述方法制造的所述纖維能夠用作例如細(xì)胞外基質(zhì)，并且與細(xì)胞 一起也可以用于形成工程化組織。這種組織不僅對(duì)于假肢裝置的制造和再生醫(yī)學(xué)有用，而 且對(duì)于研究組織發(fā)育生物學(xué)和疾病病理學(xué)，以及在藥物發(fā)現(xiàn)和毒性試驗(yàn)中均是有用的。本 發(fā)明所述纖維也可以與其它物質(zhì)例如治療劑組合，以便將該物質(zhì)遞送至所述聚合物纖維應(yīng) 用或植入的位置。根據(jù)本文公開(kāi)的方法制造的聚合物纖維也可以用于生產(chǎn)食品、膜和過(guò)濾 器。
[0036] 在另一方面，本發(fā)明提供了鑒定調(diào)節(jié)組織功能的化合物的方法。所述方法包括，提 供使用本發(fā)明所述裝置和/或根據(jù)本發(fā)明所述方法制造的組織；使所述組織與試驗(yàn)化合物 接觸；確定在存在和不存在所述試驗(yàn)化合物時(shí)所述試驗(yàn)化合物對(duì)組織功能的影響，其中，與 不存在所述試驗(yàn)化合物時(shí)所述組織功能相比，存在所述試驗(yàn)化合物時(shí)對(duì)組織功能的調(diào)節(jié)表 明所述試驗(yàn)化合物調(diào)節(jié)組織的功能，由此鑒定調(diào)節(jié)組織功能的化合物。
[0037] 在另一方面，本發(fā)明提供鑒定對(duì)治療或預(yù)防組織疾病有用的化合物的方法。所述 方法包括，提供使用本發(fā)明所述裝置和/或根據(jù)本發(fā)明所述方法制造的組織；使所述組織 與試驗(yàn)化合物接觸；和確定在存在和不存在所述試驗(yàn)化合物時(shí)所述試驗(yàn)化合物對(duì)組織功能 的影響，其中，與不存在所述試驗(yàn)化合物時(shí)所述組織功能相比，在存在所述試驗(yàn)化合物時(shí)對(duì) 組織功能的調(diào)節(jié)表明所述試驗(yàn)化合物調(diào)節(jié)組織的功能，由此鑒定對(duì)治療或預(yù)防組織疾病有 用的化合物。所述組織功能可以是與所述特定組織類型關(guān)聯(lián)的任何合適的生理學(xué)活性，例 如，生物力學(xué)活性，例如，收縮性、細(xì)胞應(yīng)力、細(xì)胞腫脹和剛度，或電生理學(xué)活性，在一個(gè)實(shí)施 方式中，所述方法包括對(duì)所述組織應(yīng)用刺激。在另一示例性實(shí)施方式中，多個(gè)活組織同時(shí)接 觸試驗(yàn)化合物。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0038] 通過(guò)結(jié)合附圖參考下文的描述，示例性實(shí)施方式的前述及其它目的、方面、特征和 優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚且更易理解，其中：
[0039] 圖1A示出示例性的纖維形成裝置，其中旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)在與液體材料的沉積物隔開(kāi)的 未激活位置。
[0040] 圖1B示出圖1A所述示例性裝置，其中所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)在啟動(dòng)位置，其穿入所述液體 材料至想要的深度。
[0041] 圖1C示出圖1A和1B所述示例性裝置，其中所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)將部分所述液體材料甩 離與所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的接觸以及甩離形成纖維的平臺(tái)。
[0042] 圖2示出包括多個(gè)旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的示例性的纖維形成裝置。
[0043] 圖3A示出在進(jìn)行纖維形成工藝之前的示例性的纖維形成裝置。
[0044] 圖3B示出在纖維形成工藝期間的圖3A的纖維形成裝置。
[0045] 圖3C示出在進(jìn)行纖維形成工藝之后的圖3A和3B的纖維形成裝置。
[0046] 圖4A示出在進(jìn)行纖維形成工藝之前的示例性的纖維形成裝置，其中旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)未 旋轉(zhuǎn)。
[0047] 圖4B示出在纖維形成期間圖4A的示例性裝置，其中旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)并與液體材料 接觸。
[0048] 圖5是流程圖，示出形成或制造用于形成微米、亞微米和/或納米尺寸纖維的示例 性的纖維形成裝置的示例性方法，該裝置使用一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。
[0049] 圖6是流程圖，示出了一種使用示例性的纖維形成裝置來(lái)形成微米、亞微米和/或 納米尺寸纖維的示例性方法，所述裝置采用一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。
[0050] 圖7示出包括支撐多個(gè)突出物的中芯軸的示例性旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。
[0051] 圖8示出包括支撐多個(gè)突出物的中芯軸的另一個(gè)旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。
[0052] 圖9A和9B示出示例性的纖維形成裝置的透視圖，該裝置包括平臺(tái)和靠在平臺(tái)上 的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。
[0053] 圖10示出基本上被設(shè)置為矩形葉片的示例性的突出物。
[0054] 圖11A示出沿與旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)軸正交的平面截取的示例性旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的剖視圖。
[0055] 圖11B示出沿穿過(guò)旋轉(zhuǎn)軸延伸的平面截取的圖11A的示例性旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的剖視圖。
[0056] 圖12A示出沿與旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)軸正交的平面截取的示例性旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的剖視圖。
[0057] 圖12B示出沿穿過(guò)所述旋轉(zhuǎn)軸延伸的平面截取的圖12A所述示例性旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的剖 視圖。
[0058] 圖13示出基本上被設(shè)置為鋸齒形葉片的示例性的突出物，其中所述鋸齒形的尖 銳邊緣在所述纖維形成工藝期間穿入液體材料。
[0059] 圖14A示出沿與所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)軸正交的平面截取的示例性的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的 首1J視圖。
[0060] 圖14B示出沿穿過(guò)所述旋轉(zhuǎn)軸延伸的平面截取的圖14A所述示例性旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的剖 視圖。
[0061] 圖15A示出沿與所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)軸正交的平面截取的示例性旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的剖 視圖。
[0062] 圖15B示出沿穿過(guò)所述旋轉(zhuǎn)軸延伸的平面截取的圖15A所述示例性旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的剖 視圖。
[0063] 圖16示出基本上被設(shè)置為圓錐投影的示例性的突出物，其中所述圓錐形的尖端 在所述纖維形成工藝期間穿入液體材料。
[0064] 圖17A示出沿與所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)軸正交的平面截取的示例性旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的剖 視圖。
[0065] 圖17B示出沿穿過(guò)所述旋轉(zhuǎn)軸延伸的平面截取的圖17A所述示例性旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的剖 視圖。
[0066] 圖18A示出沿與所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)軸正交的平面截取的示例性旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的剖 視圖。
[0067] 圖18B示出沿穿過(guò)所述旋轉(zhuǎn)軸延伸的平面截取的圖18A所述示例性旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的剖 視圖。
[0068] 圖19A示出包括噴射嘴的示例性的纖維形成裝置，其中未通過(guò)所述噴射嘴向液體 材料施力。
[0069] 圖19B示出圖19A的示例性纖維形成裝置，其中所述噴射嘴在相對(duì)于水平面的低 沖擊角度對(duì)所述液體材料施力。
[0070] 圖19C示出圖19A和19B所述的示例性的纖維形成裝置，其中所述噴射嘴在相對(duì) 于水平面的高沖擊角度對(duì)所述液體材料施力。
[0071] 圖20是流程圖，示出形成或制造圖19A-19C所述示例性的纖維形成裝置的示例性 方法。
[0072] 圖21是流程圖，示出使用圖19A-19C所述示例性的纖維形成裝置由液體材料形成 纖維的示例性方法。
[0073] 圖22示出可以用作例如腹腔鏡手術(shù)的腹腔鏡工具一部分的示例性的微型化纖維 形成裝置的透視圖。
[0074] 圖23示出示例性容器，其可以通過(guò)附著根據(jù)示例性實(shí)施方式提供的一個(gè)或多個(gè) 示例性旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)而定制。
[0075] 圖24A示出通過(guò)示例性的纖維形成裝置形成的具有約340. 5納米的示例性平均直 徑的纖維的掃描電子顯微鏡（SEM)圖像。
[0076] 圖24B是對(duì)應(yīng)于圖24A所述纖維的柱狀圖，示出了具有以納米計(jì)的不同平均纖維 直徑（沿X軸）的纖維的數(shù)量頻率（沿y軸）。
[0077] 圖25A示出通過(guò)示例性的纖維形成裝置形成的具有約416納米的示例性平均直徑 的纖維的掃描電子顯微鏡（SEM)圖像。
[0078] 圖25B是對(duì)應(yīng)于圖25A所述纖維的柱狀圖，示出了具有以納米計(jì)的不同平均纖維 直徑（沿X軸）的纖維的數(shù)量頻率（沿y軸）。
[0079] 圖26示出通過(guò)示例性的纖維形成裝置形成的示例性平均直徑為約360納米（具 有約10納米的示例性平均誤差范圍）的纖維的掃描電子顯微鏡（SEM)圖像。
[0080] 圖27示出通過(guò)示例性的纖維形成裝置形成的示例性平均直徑為約110納米（具 有約5納米的示例性平均誤差范圍）的纖維的掃描電子顯微鏡（SEM)圖像。
[0081] 圖28示出通過(guò)示例性的纖維形成裝置形成的纖維束的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的頂視圖。
[0082] 圖29示出采用旋轉(zhuǎn)刷直接向聚合物溶液施力的示例性的纖維形成裝置。
[0083] 圖30示出示例性的纖維形成裝置和在所述纖維形成工藝期間可以改變的示例性 參數(shù)。
[0084] 圖31示出使用圖29所述示例性裝置制造的纖維的掃描電子顯微圖像和說(shuō)明示例 性纖維參數(shù)的圖。
[0085] 圖32和33示出使用圖29所述示例性裝置制造的纖維的掃描電子顯微圖像，以及 顯示出旋轉(zhuǎn)速度的改變對(duì)纖維直徑影響的圖。
[0086] 圖34和35示出使用圖29所述示例性裝置制造的纖維的掃描電子顯微圖像，以及 顯示出旋轉(zhuǎn)速度和聚合物流速的改變對(duì)纖維直徑影響的圖。
[0087] 圖36示出示例性的纖維形成裝置，其包括用于加熱聚合物熔體的加熱元件、使用 聚合物熔體制造的纖維的掃描電子顯微圖像和顯示出所制造的纖維的示例性直徑的圖。
[0088] 圖37描述手持聚合物纖維裝置的概念設(shè)計(jì)。旋轉(zhuǎn)馬達(dá)（電動(dòng)的或氣動(dòng)的）連接 至伸出一個(gè)或許多刷毛的芯軸。聚合物溶液加料至刷毛路徑，產(chǎn)生微米或納米尺寸的纖維。 比例尺代表2cm。
[0089] 圖38是具有一個(gè)刷毛的芯軸的CAD渲染。在該顯示中，刷毛直徑350 μ m且從芯 軸表面伸出2mm，并且芯軸在最接近刷毛的部分直徑25mm。比例尺代表2cm。
[0090] 圖39描述手持聚合物纖維裝置的概念設(shè)計(jì)的側(cè)視圖。在該顯示中，能夠調(diào)整提供 聚合物溶液的管子以改變刷毛穿入聚合物液滴的深度。比例尺代表2cm。
[0091] 圖40是手持聚合物纖維裝置的概念設(shè)計(jì)的等距視圖。在該顯示中，提供所述聚合 物溶液的管子可以被調(diào)整以改變刷毛穿入聚合物液滴的深度。箭頭代表取決于馬達(dá)旋轉(zhuǎn)方 向的所產(chǎn)生纖維的軌跡。比例尺代表2cm。
[0092] 圖41是使用高速攝像拍攝的多屏圖像序列，示出從單個(gè)刷毛制造聚合物纖維。
[0093] 圖42是使用高速攝像拍攝的多屏圖像序列，示出從單個(gè)刷毛制造聚合物纖維。
[0094] 圖43描述所制造的聚合物纖維的示例性樣品。
[0095] 發(fā)明詳沭
[0096] 本發(fā)明提供聚合物纖維形成可調(diào)的的改進(jìn)的纖維形成裝置、系統(tǒng)和方法。通過(guò)示 例性實(shí)施方式可以控制纖維的一個(gè)或多個(gè)屬性，包括但不限于直徑、長(zhǎng)度、定向、取向、多纖 維結(jié)構(gòu)等。示例性裝置不采用或不需要噴射液體材料的噴嘴、容納和噴射所述液體材料的 噴絲板或旋轉(zhuǎn)儲(chǔ)液器，或形成所述纖維的靜電電壓。與本領(lǐng)域的裝置相比，示例性裝置由于 不使用噴絲板或靜電電壓，因而是簡(jiǎn)化的。此外，在示例性裝置中缺少噴射液體材料的噴嘴 避免了噴嘴堵塞的問(wèn)題，而噴嘴堵塞會(huì)減少纖維的產(chǎn)量來(lái)清潔噴嘴。
[0097] 術(shù)語(yǔ)"液體材料"是指可以用于示例性的纖維形成裝置、系統(tǒng)和方法中用來(lái)形成纖 維的呈液體狀態(tài)的任何適宜物質(zhì)。在示例性實(shí)施方式中，液體材料是聚合物溶液。在另一 示例性實(shí)施方式中，液體材料是聚合物熔體。
[0098] 術(shù)語(yǔ)"沉積物"是指在靜止的或活動(dòng)的平臺(tái)上的一些液體材料。在示例性實(shí)施方式 中，液體材料的沉積物可以不與液體材料的供給通道液體連通。在另一示例性實(shí)施方式中， 液體材料的沉積物可以與液體材料的供給通道液體連通，以便在所述纖維形成工藝期間可 以一次性地、間歇性地或連續(xù)地補(bǔ)充所述沉積物。所述液體材料的沉積物可以與纖維形成 裝置接觸形或在纖維形成裝置附近形成。在纖維形成期間，可以傳遞力，例如剪切力至所述 液體材料的沉積物。被設(shè)置以由液體材料的沉積物形成纖維的示例性的纖維形成裝置也可 用于由液體材料的液滴形成纖維。
[0099] 術(shù)語(yǔ)"液滴"是指在用于提供液體材料的供給通道的末端的基本上為液滴形狀的 一些液體材料。在一個(gè)實(shí)施方式中，"液滴"是以一個(gè)圓形質(zhì)量自然落下的液體材料的量。 所述液體材料的液滴可以與纖維形成裝置接觸形成或在纖維形成裝置附近形成。在纖維形 成期間，可以傳遞力至所述液體材料的液滴。可以被設(shè)置以由液體材料的液滴形成纖維的 示例性的纖維形成裝置也可用于由液體材料的沉積物形成纖維。
[0100] 術(shù)語(yǔ)"纖維"和"聚合物纖維"在本文中可以互換使用，這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)是指具有微米、 亞微米和/或納米尺寸的纖維。示例性的纖維可以由任何合適的（多種）液體材料形成。 [0101] 術(shù)語(yǔ)"甩（fling) "或"甩（flinging) "是指示例性的纖維形成裝置或方法的一個(gè) 或多個(gè)部件的動(dòng)作、運(yùn)動(dòng)或移動(dòng)，其被傳遞給液體材料沉積物，并導(dǎo)致由所述液體材料形成 微米、亞微米和/或納米尺寸的纖維。更具體地，在甩的動(dòng)作中，示例性的纖維形成裝置的 部件最初與液體材料沉積物的表面接觸以便傳遞足夠的力（例如剪切力）或能量至液體材 料，以在所述表面產(chǎn)生彎月面，并克服表面張力，以便部分所述液體材料脫離與所述部件的 接觸，并將所述液體材料沉積物拋離、扔離或擲離所述接觸和所述液體材料沉積物。對(duì)液體 材料該部分的甩、拋、扔或擲引起所述液體材料延展、拉伸和/或拉長(zhǎng)，以及液體材料中溶 劑的蒸發(fā)和/或干燥，其將液體材料的被甩離部分變形為微米、亞微米和/或納米尺寸的纖 維。引起或促成甩的動(dòng)作的纖維形成裝置的示例性部件包括但不限于在旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)上的一個(gè) 或多個(gè)可接觸液體材料沉積物的突出物、可以直接沖擊液體材料沉積物的一股或多股氣體 的噴射流或氣流等。
[0102] 在本發(fā)明的某一實(shí)施方式中，生物源聚合物可以用于本發(fā)明的裝置來(lái)制造纖維。 在該實(shí)施方式中，對(duì)所述聚合物應(yīng)用足夠的剪切力引起粘附的生物源聚合物分子的剪切誘 導(dǎo)蛋白質(zhì)展開(kāi)，由此暴露隱藏的蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)結(jié)合域，并促成體外纖維化。
[0103] 使用示例性的纖維形成裝置、系統(tǒng)和方法形成的示例性纖維具有許多應(yīng)用和優(yōu) 點(diǎn)。例如，示例性的纖維形成裝置、系統(tǒng)和方法可用于直接由細(xì)胞外基質(zhì)蛋白創(chuàng)建三維組織 工程化支架而沒(méi)有危害效應(yīng)，并且不干擾蛋白質(zhì)生物活性。示例性的纖維形成裝置、系統(tǒng)和 方法可用于將活細(xì)胞整合在這些微米和納米級(jí)聚合物支架內(nèi)以產(chǎn)生被細(xì)胞包封的線，這使 用本領(lǐng)域公知的納米纖維制造技術(shù)是不可行的。示例性的纖維形成裝置、系統(tǒng)和方法可用 于從少量聚合物液體制造納米纖維組件。示例性的纖維形成裝置、系統(tǒng)和方法可用于從聚 合物熔體以及聚合物溶液制造納米纖維組件，這是由于所述裝置和方法不取決于溶液電導(dǎo) 率。示例性的纖維形成裝置、系統(tǒng)和方法可用于從原位交聯(lián)聚合物溶液制造納米纖維，這是 由于納米纖維制造的速率高。
[0104] 本發(fā)明的示例性纖維形成裝置可以具有許多應(yīng)用，包括但不限于聚合物或蛋白質(zhì) 纖維的批量制造、超取向（Ultra-aligned)纖維支架的制造、用于體外組織工程應(yīng)用的生 物功能纖維支架、用于體內(nèi)組織工程應(yīng)用的生物功能纖維支架、生物功能縫合線、超強(qiáng)纖維 和織物制造、生物功能蛋白質(zhì)或聚合物過(guò)濾器、防護(hù)服或覆蓋物等。
[0105] 根據(jù)本文公開(kāi)的方法制造的纖維能夠例如用作細(xì)胞外基質(zhì)，和與細(xì)胞一起也可以 用于形成工程化組織。該組織不僅可用于假肢裝置的制造和再生醫(yī)學(xué)，而且對(duì)于調(diào)查組織 發(fā)育生物學(xué)和疾病病理學(xué)，以及在藥物發(fā)現(xiàn)和毒性試驗(yàn)中也是有用的。本發(fā)明的纖維也可 以與其它物質(zhì)，例如，治療劑組合，以便將該物質(zhì)輸送至纖維應(yīng)用或植入的位置。根據(jù)本文 公開(kāi)的方法制造的纖維也可以用于生產(chǎn)食品、膜和過(guò)濾器。
[0106] I.采用一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的示例性實(shí)施方式
[0107] 示例性實(shí)施方式提供使用一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)形成微米、亞微米和/或納米尺寸 的纖維的系統(tǒng)、裝置和方法。通過(guò)示例性的微型化系統(tǒng)、裝置和方法形成的示例性纖維直徑 范圍從約1納米至約100微米，但不限于該示例性范圍。
[0108] 圖1A-1C示出可采用一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)來(lái)形成纖維的示例性的纖維形成裝置 100的示意圖。圖1A示出所述示例性裝置100,其中旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)是在與液體材料的沉積物隔 開(kāi)的未激活位置。圖1B示出所述示例性裝置100,其中所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)是在穿入所述液體材 料至想要的深度的啟動(dòng)位置。圖1C示出所述示例性裝置100,其中旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)將液體材料甩 離與旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的接觸和甩離平臺(tái)以形成纖維。圖1A-1C示出的示例性裝置100不采用或不 需要噴射液體材料的噴嘴、容納和噴射所述液體材料的噴絲板或旋轉(zhuǎn)儲(chǔ)液器，或形成所述 纖維的靜電電壓。示例性裝置比現(xiàn)有技術(shù)的裝置更簡(jiǎn)單，因?yàn)樗鼈儾皇褂脟娊z板或靜電電 壓。此外，在示例性裝置中缺少噴射所述液體材料的噴嘴避免所述噴嘴堵塞的問(wèn)題。
[0109] 所述示例性的纖維形成裝置100可以包括支撐液體材料的沉積物104的平臺(tái)102。 在示例性實(shí)施方式中，平臺(tái)102是固定的。在另一示例性實(shí)施方式中，平臺(tái)102是可移動(dòng)的 和/或活動(dòng)的。平臺(tái)102可以由任何適宜材料，例如，能夠經(jīng)受熱和/或?qū)瘜W(xué)有機(jī)溶劑不 敏感的材料。在一個(gè)實(shí)施方式中，平臺(tái)102可以由塑料材料，例如，聚丙烯、聚乙烯或聚四氟 乙烯形成。在另一實(shí)施方式中，平臺(tái)102可以由金屬，例如，鋁、鋼、不銹鋼、碳化鎢、鎢合金、 鈦或鎳形成。示例性的平臺(tái)102可以具有任何合適的尺寸或幾何形狀，包括但不限于圓形、 矩形、橢圓形等。平臺(tái)102也可以是任意活體器官，例如，心、腎、（多個(gè)）肝葉、膀胱、子宮、 腸、骨骼肌或肺，或其部分的形式成形。平臺(tái)102可以進(jìn)一步成形為任意中空空腔、器官或 組織，諸如圓形的肌肉結(jié)構(gòu)，例如，括約肌或虹膜。這些形狀允許纖維以活器官的形式沉積 來(lái)制造工程化組織和器官，這在下面會(huì)更詳細(xì)地描述。
[0110] 在示例性實(shí)施方式中，沉積物104可以是一次性沉積物。在另一示例性實(shí)施方式 中，沉積物104可以是連續(xù)或間歇補(bǔ)充的沉積物。示例性的纖維形成裝置100可以包括適 宜于連續(xù)供給液體材料104到平臺(tái)102上的部件，例如壺嘴或注射泵。
[0111] 在示例性實(shí)施方式中，供纖維形成的液體材料的示例性體積范圍可以從約1微升 至約100毫升。一些示例性體積包括但不限于約1微升至約100微升、約1毫升至約20毫 升、約20毫升至約40毫升、約40毫升至約60毫升、約60毫升至約80毫升、約80毫升至 約100毫升，但不限于這些示例性范圍。在所列舉的體積中間的示例性體積也是本發(fā)明的 部分。
[0112] 在示例性實(shí)施方式中，所述纖維形成裝置100可以包括一個(gè)或多個(gè)容納可引到平 臺(tái)102上的液體材料的儲(chǔ)液器（未畫(huà)出）。儲(chǔ)液器可以由合適的材料形成，包括但不限于陶 瓷、金屬、聚合物等，取決于裝置的具體應(yīng)用。示例性的儲(chǔ)液器可以具有從約1微升至約100 毫升的用于容納所述液體材料的體積。一些示例性體積包括但不限于約1微升至約100微 升、約1毫升至約20毫升、約20毫升至約40毫升、約40毫升至約60毫升、約60毫升至約 80毫升、約80毫升至約100毫升，但不限于這些示例性范圍。在所列舉的體積中間的示例 性體積也是本發(fā)明的部分。
[0113] 在圖1A-1C示出的示例性實(shí)施方式中，所述纖維形成裝置100可以包括供給液體 材料至平臺(tái)102的供給通道106。在示例性實(shí)施方式中，供給通道106可以提供以沉積物形 式被沉積到平臺(tái)102上的液體材料。在示例性實(shí)施方式中，供給通道106可以提供不斷補(bǔ) 充的沉積物到平臺(tái)102上。在示例性實(shí)施方式中，供給通道106可以在其運(yùn)行期間將液體 材料一次性地、間歇地或連續(xù)地供給到平臺(tái)102上。
[0114] 在另一示例性實(shí)施方式中，供給通道106可以提供在旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)108附近的供給通 道106的尖端形成的一個(gè)或多個(gè)液滴形式的液體材料。在示例性實(shí)施方式中，供給通道106 可以提供不斷補(bǔ)充的液滴。在示例性實(shí)施方式中，供給通道106可以提供所述液體材料的 一次性的、間歇的或連續(xù)的供給。
[0115] 通過(guò)供給通道106提供的液體材料的示例性加料速率范圍可以從約0. 01毫升每 分鐘至約100毫升每分鐘，但加料速率不限于該示例性范圍。一些示例性的加料速率包括 但不限于約0. 01暈升每分鐘至約1暈升每分鐘、約1暈升每分鐘至約20暈升每分鐘、約20 毫升每分鐘至約40毫升每分鐘、約40毫升每分鐘至約60毫升每分鐘、約60毫升每分鐘至 約80暈升每分鐘、約80暈升每分鐘等。在所列舉的速率中間的不例性加料速率也是本發(fā) 明的部分。
[0116] 在示例性實(shí)施方式中，可以提供包括一個(gè)或多個(gè)微流體通道的微流體裝置來(lái)將液 體材料供給至平臺(tái)102。在示例性實(shí)施方式中，可以提供包括一個(gè)或多個(gè)宏觀流體通道的宏 觀流體裝置來(lái)將液體材料供給至平臺(tái)102。在示例性實(shí)施方式中，可以提供微流體和宏觀流 體裝置來(lái)將液體材料供給至平臺(tái)102。
[0117] 在示例性實(shí)施方式中，可以在平臺(tái)102附近、其上或其中提供加熱和/或融化液體 材料的加熱裝置。由于液體材料不裝在旋轉(zhuǎn)儲(chǔ)液器中，示例性實(shí)施方式僅需加熱平臺(tái)的一 部分（例如，所述液體沉積物的位置），并可以避免加熱旋轉(zhuǎn)元件。這導(dǎo)致所述裝置中能源 使用效率的提高，并且與常規(guī)纖維形成裝置相比具有簡(jiǎn)化的設(shè)計(jì)。在示例性實(shí)施方式中，輸 送至平臺(tái)102的聚合物可以通過(guò)加熱裝置加熱以形成可接著用于形成纖維的聚合物熔體。 在示例性實(shí)施方式中，可以在合適的溫度加熱聚合物以融化所述聚合物，例如，在約l〇〇°C 至約3001：、100-2001：、約 150-3001：、約 150-2501：或約 150-2001：或約100、105、110、115、 120、125、130、135、140、145、150、155、160、165、170、175、180、185、190、195、200、205、210、 215、220、225、230、235、240、245、250、255、260、265、270、275、280、285、290、295 或約 300°C 的溫度下加熱。在所列舉的溫度中間的示例性溫度也是本發(fā)明的部分。
[0118] 在示例性實(shí)施方式中，可以在液體材料104的附近提供一個(gè)或多個(gè)氣翼（air foil)或空氣葉片（air blade)(未畫(huà)出）以增加被甩離的液體和/或由液體材料形成的纖 維所經(jīng)受的空氣湍流。在一個(gè)實(shí)施方式中，所形成的纖維是未取向的，這是由于所述一個(gè)或 多個(gè)氣翼造成的增加的空氣流動(dòng)或增加的空氣湍流。在另一實(shí)施方式中，所形成的纖維是 基本上沿一軸線或平面取向的，這是由于所述一個(gè)或多個(gè)氣翼造成的增加的空氣流動(dòng)或空 氣湍流。為此，所述示例性的纖維形成裝置可以與如2010年11月17日提交的序列申請(qǐng)?zhí)?61/414,674的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)的圖13-17相關(guān)描述的氣翼組合使用，通過(guò)引用將其整個(gè) 內(nèi)容合并于本文中。
[0119] 在示例性實(shí)施方式中，裝置的平臺(tái)102可以包括或可以提供有通道或罩（未畫(huà)出） 以提供想要的路徑，或者沿想要的路徑將纖維引導(dǎo)至收集裝置110,例如，板、線軸等。收集 裝置110可以由任意適宜材料構(gòu)成，例如，能夠經(jīng)受熱和/或?qū)瘜W(xué)有機(jī)溶劑不敏感的材 料。在一個(gè)實(shí)施方式中，收集裝置110可以由塑料材料，例如，聚丙烯、聚乙烯或聚四氟乙烯 形成。在另一實(shí)施方式中，收集裝置110可以由金屬，例如，鋁、鋼、不銹鋼、碳化鎢、鎢合金、 鈦或鎳形成。收集裝置110可以具有任意合適的尺寸或幾何形狀，包括但不限于圓形、矩 形、橢圓形等。收集裝置110也可以成形為任意活體器官，例如，心、腎、（多個(gè)）肝葉、子宮、 膀胱、腸、骨骼肌或肺，或其部分的形式。收集裝置110可以進(jìn)一步成形為任意中空空腔、器 官或組織，諸如圓形的肌肉結(jié)構(gòu)，例如，括約肌或虹膜。這些形狀允許纖維以活器官的形式 沉積來(lái)制造工程化組織和器官，在下面會(huì)更詳細(xì)地描述。
[0120] 在示例性實(shí)施方式中，收集裝置110可以與平臺(tái)102隔開(kāi)，并可以環(huán)繞平臺(tái)102。 雖然圖1A-1C所示的所述示例性的收集裝置110是固定的，但其它示例性的收集裝置可以 是活動(dòng)的，例如，旋轉(zhuǎn)的和/或擺動(dòng)的?；顒?dòng)的收集裝置110可以用于接收網(wǎng)、墊、織造或非 織造形態(tài)的纖維。示例性的纖維形態(tài)可以提高所述纖維收集物的力學(xué)性能。
[0121] 在收集裝置110在所述纖維形成工藝期間移動(dòng)的示例性實(shí)施方式中，收集裝置可 以連接至傳遞運(yùn)動(dòng)至收集裝置110的運(yùn)動(dòng)發(fā)生器。所述運(yùn)動(dòng)發(fā)生器進(jìn)而可以連接至對(duì)所述 運(yùn)動(dòng)發(fā)生器供給能量的電源，和控制其運(yùn)動(dòng)的各個(gè)方面的控制裝置，例如，運(yùn)動(dòng)的類型（線 性的和/或旋轉(zhuǎn)的）、所述運(yùn)動(dòng)發(fā)生器的啟動(dòng)/停止、所述運(yùn)動(dòng)發(fā)生器的啟動(dòng)和停止的時(shí)機(jī)、 所述運(yùn)動(dòng)的速度、所述運(yùn)動(dòng)的加速或減速等。傳遞給示例性收集裝置110的通常線性速度 的示例性范圍可以包括約0. OOOlm/s至約4. 2m/s，但不限于該示例性范圍。可以控制收集 裝置110的運(yùn)動(dòng)以獲得想要的纖維的取向和形態(tài)。
[0122] 在某些實(shí)施方式中，所述收集裝置110可以保持在約室溫，例如，約20、21、22、23、 24、25、26、27、28、29 或約 30°C，和環(huán)境濕度，例如，約 30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、 40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、 65、66、67、68、69、70、71、72、73、74、75、76、77、78、79、80、81、82、83、84、85、86、87、88、89 或 約90%的濕度。根據(jù)所期望的制造聚合物纖維的表面形貌，可以在任意合適的溫度和濕度 保持收集裝置110和形成所述方法。例如，將濕度從約30%升至約50%制造出多孔纖維， 而將濕度降至約25%則制造出光滑纖維。由于光滑纖維比多孔纖維具有更高的拉伸強(qiáng)度， 在一個(gè)實(shí)施方式中，在受控濕度條件下（例如濕度的變化約低于約10% )，保持本發(fā)明所述 裝置和進(jìn)行本發(fā)明所述方法。在所列舉的范圍中間的示例性溫度和濕度數(shù)值也是本發(fā)明的 部分。
[0123] 示例性的纖維形成裝置100可以包括一個(gè)或多個(gè)在平臺(tái)102附近的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu) 108。示例性的旋轉(zhuǎn)速度范圍可以從約lOOrpm至約500,000rpm，但旋轉(zhuǎn)速度不限于該 示例性的范圍。運(yùn)行本發(fā)明所述裝置以形成纖維的足夠的旋轉(zhuǎn)速度和時(shí)間可以取決于 所述材料的濃度和所形成的纖維的想要的特征。采用旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的某些示例性裝置可以 在約 1，000rpm-50, OOOrpm、約 1，OOOrpm 至約 40, OOOrpm、約 1，OOOrpm 至約 20, OOOrpm、 約 5, 000rpm-20, OOOrpm、約 5, OOOrpm 至約 15, OOOrpm，或約 1，000、1，500、2, 000、2, 500、 3, 000、3, 500、4, 000、4, 500、5, 000、5, 500、6, 000、6, 500、7, 000、7, 500、8, 000、8, 500、 9, 000、9, 500、10, 000、10, 500、11，000、11，500、12, 000、12, 500、13, 000、13, 500、14, 000、 14, 500、15, 000、15, 500、16, 000、16, 500、17, 000、17, 500、18, 000、18, 500、19, 000、19, 500、 20, 000、20, 500、21，000、21，500、22, 000、22, 500、23, 000、23, 500 或約 24, OOOrpm 的速度 下旋轉(zhuǎn)。在上面列舉的范圍和數(shù)值中間的范圍和數(shù)值也被考慮為本發(fā)明的部分。例如， 約10, 000rpm-15, OOOrpm或8, 000rpm-12, OOOrpm的旋轉(zhuǎn)速度被本發(fā)明所述方法涵蓋。在 一個(gè)實(shí)施方式中，采用旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的裝置可以在大于約1，OOOrpm、大于約l，500rpm、大于約 2, OOOrpm、大于約2, 500rpm、大于約3, OOOrpm、大于約3, 050rpm、大于約3, lOOrpm、大于約 3, 150rpm、大于約3, 200rpm、大于約3, 250rpm、大于約3, 300rpm、大于約3, 350rpm、大于約 3, 400rpm、大于約3, 450rpm、大于約3, 500rpm、大于約3, 550rpm、大于約3, 600rpm、大于約 3, 650rpm、大于約3, 700rpm、大于約3, 750rpm、大于約3, 800rpm、大于約3, 850rpm、大于約 3, 900rpm、大于約3, 950rpm或大于約4, OOOrpm的速度下旋轉(zhuǎn)。
[0124] 可以使旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)108旋轉(zhuǎn)來(lái)沖擊所述液體材料一段足以形成想要的纖維的時(shí)間， 諸如，例如，約1分鐘至約1〇〇分鐘、約1分鐘至約60分鐘、約10分鐘至約60分鐘、約30 分鐘至約60分鐘、約1分鐘至約30分鐘、約20分鐘至約50分鐘、約5分鐘至約20分鐘、 約5分鐘至約30分鐘或約15分鐘至約30分鐘、約5-100分鐘、約10-100分鐘、約20-100 分鐘、約 30-100 分鐘，或約 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、 22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、 47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69、70、71、 72、73、74、75、76、77、78、79、80、81、82、83、84、85、86、87、88、89、90、91、92、93、94、95、96、 97、98、99、100分鐘或更長(zhǎng)。在上面列舉的數(shù)值中間的時(shí)間和范圍也是本發(fā)明的部分。
[0125] 在示例性實(shí)施方式中，旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的一個(gè)或多個(gè)部分或部件可以穿入液體材料的表 面至想要的深度。示例性的穿入深度范圍可以從約1納米至約1厘米，但不限于該范圍。一 些示例性的穿入深度包括但不限于約1毫米至約20毫米、約20毫米至約40毫米、約40毫 米至約60毫米、約60毫米至約80毫米、約80毫米至約100毫米、約1厘米等。在上面列 舉的示例性數(shù)值中間的示例性穿入深度也是本發(fā)明的部分。
[0126] 可以任意合適的方式設(shè)置旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)108以使得在旋轉(zhuǎn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)108接觸在平 臺(tái)102上的液體材料的表面，從而傳遞足夠的力或能量以在旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)108接觸所述表面的 位置產(chǎn)生彎月面。旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)108所傳遞的力或能量克服所述表面張力，使在彎月面的部分 液體材料脫離并將所述部分甩離與旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)108的接觸和平臺(tái)102,由此形成微米、亞微米 和/或納米尺寸的纖維。纖維可以收集在收集裝置110上。在示例性實(shí)施方式中，液體材 料甩動(dòng)的方向可以與接觸液體材料的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的部件運(yùn)動(dòng)的切線方向基本相同。在示例性 實(shí)施方式中，所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)可以與所述液體材料的頂面基本上平行的方向傳遞力至所述液 體材料。
[0127] 在圖1A-1C示出的示例性實(shí)施方式中，旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)108可以具有以順時(shí)針和/或反 時(shí)針的方式繞旋轉(zhuǎn)中軸R(指向圖1A-1C紙面里或紙面外）可旋轉(zhuǎn)的中芯軸。在示例性實(shí) 施方式中，旋轉(zhuǎn)軸可以偏離所述垂直軸V基本上90度。芯軸可以具有基本上圓柱形的形 狀，截面基本上圓形，具有沿所述旋轉(zhuǎn)軸R取向的中心。旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)108也可以包括一個(gè)或多 個(gè)固定在旋轉(zhuǎn)芯軸外表面上的突出物，例如，以葉片、刷子、刷毛等形式的，以便部分所述突 出物穿入所述液體材料的表面。示例性的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)108可以包括任意適宜數(shù)量的固定到所 述芯軸上的突出物，包括但不限于一個(gè)突出物至100, 〇〇〇個(gè)突出物。一些示例性的突出物 數(shù)量包括 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、 27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、約 50 至約100、約100至約200、約200至約300、約300至約400、約400至約500等。在所列舉 的示例性數(shù)量中間的示例性的突出物數(shù)量也是本發(fā)明的部分?？梢栽谒鲂据S上以任意合 適的排列設(shè)置所述突出物，包括但不限于有規(guī)律的多行或多列排列、陣列圖案、環(huán)形排列、 無(wú)規(guī)排列等。
[0128] 每個(gè)突出物可以具有任意適宜形狀，包括但不限于基本上矩形的突出物、鋸齒形 突出物（在芯軸上的突出物的底部比離所述芯軸最遠(yuǎn)的頂部更寬）、圓柱形突出物以及類 似形狀的突出物。在高旋轉(zhuǎn)速度下和/或在破碎的突出物可能損害纖維純度的情形中，鋸 齒形可以為所述突出物提供加強(qiáng)的結(jié)構(gòu)完整性，并可以防止旋轉(zhuǎn)期間突出物的折斷。
[0129] 在一些示例性實(shí)施方式中，當(dāng)液體材料接觸到突出物時(shí)，可以改變?cè)谛D(zhuǎn)結(jié)構(gòu)108 上的突出物的一個(gè)或多個(gè)方面，以控制液體材料對(duì)突出物的附著，由此促使纖維形成?？梢?控制或設(shè)定的示例性方面包括但不限于突出物的表面化學(xué)、突出的表面形貌（例如，粗糙 的紋理）、突出物的幾何學(xué)（例如，突出物的截面形狀）等。此外，設(shè)定所述突出物的這些方 面可以允許控制形成的纖維的幾何學(xué)、纖維寬度、纖維上的表面特征以及類似方面。
[0130] 示例性的突出物可以由任意適宜材料形成，包括但不限于鈦、不銹鋼（例如，300 和400合金）、鋁（例如，606U7075)、聚苯乙烯、聚丙烯（例如，UHMW、HDPE、LDPE)、ABS、縮 醛（共聚物和均聚物）、尼龍、聚碳酸酯、聚醚醚酮、聚甲基丙烯酸甲酯、聚砜、聚四氟乙烯、 聚氯乙烯以及類似材料。
[0131] 纖維形成裝置100可以包括使旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)108繞所述旋轉(zhuǎn)軸R旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)發(fā)生器 112。運(yùn)動(dòng)發(fā)生器112可以用于控制旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)108運(yùn)動(dòng)的一個(gè)或多個(gè)方面，包括但不限于啟 動(dòng)和停止旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)啟動(dòng)和停止的時(shí)機(jī)、旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的速度、旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的速度改變、 旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)軸R相對(duì)于液體材料104的取向等。在示例性實(shí)施方式中，可以單次啟動(dòng) 所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)108以傳遞瞬時(shí)力至液體材料的表面。在另一示例性實(shí)施方式中，可以在兩 個(gè)或更多個(gè)分開(kāi)的或連續(xù)的時(shí)間段啟動(dòng)和旋轉(zhuǎn)所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)108。
[0132] 可以使用一個(gè)或多個(gè)機(jī)械連接件114,例如，桿、活塞等，將所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)108連接 至所述運(yùn)動(dòng)發(fā)生器112,機(jī)械連接件114將所述運(yùn)動(dòng)發(fā)生器112產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)可靠地且有效地 傳遞至旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)108。運(yùn)動(dòng)發(fā)生器112可以連接至供給電力以驅(qū)動(dòng)所述運(yùn)動(dòng)發(fā)生器112的 電源116,例如，電力干線或一個(gè)或多個(gè)電池。所述運(yùn)動(dòng)發(fā)生器112也可以連接至控制裝置 或機(jī)械裝置118,用于控制運(yùn)動(dòng)各方面，例如，運(yùn)動(dòng)的類型（線性的和/或旋轉(zhuǎn)的）、運(yùn)動(dòng)發(fā) 生器的啟動(dòng)/停止、運(yùn)動(dòng)發(fā)生器的啟動(dòng)和停止的時(shí)機(jī)、運(yùn)動(dòng)的速度、運(yùn)動(dòng)的加速或減速以及 類似方面的。
[0133] 在示例性實(shí)施方式中，當(dāng)裝置運(yùn)行時(shí)，使用者可以通過(guò)所述控制裝置或機(jī)械裝置 118實(shí)時(shí)地控制運(yùn)動(dòng)發(fā)生器112運(yùn)行的任意方面。在另一示例性實(shí)施方式中，也可以預(yù)編程 的方式控制這些方面，其中所述運(yùn)動(dòng)發(fā)生器預(yù)編程有如何控制所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的指令。示例 性的運(yùn)動(dòng)發(fā)生器112包括但不限于電動(dòng)馬達(dá)、氣動(dòng)馬達(dá)、微動(dòng)馬達(dá)（microdrive motor)、牙 鉆以及類似物。所述示例性的運(yùn)動(dòng)發(fā)生器112可以連接至一個(gè)或多個(gè)傳導(dǎo)裝置，其用于傳 導(dǎo)，例如，以電力信號(hào)、光學(xué)信號(hào)或以其它信號(hào)編碼的控制指令，以控制運(yùn)動(dòng)發(fā)生器112的 不同方面。
[0134] 在示例性實(shí)施方式中，可以通過(guò)控制一個(gè)或多個(gè)因素來(lái)設(shè)定由示例性的纖維形成 裝置、系統(tǒng)和方法形成的所述纖維的空間和層次結(jié)構(gòu)，所述因素包括但不限于旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的 旋轉(zhuǎn)速度、液體材料的濃度、液體材料的粘度、液體材料的分子量、液體材料溶劑的揮發(fā)性 等。示例性實(shí)施方式可以使用所述示例性的運(yùn)動(dòng)發(fā)生器的不同組合以產(chǎn)生和控制所述纖維 的想要的織法和/或取向。
[0135] 在示例性實(shí)施方式中，運(yùn)動(dòng)發(fā)生器112也可以傳遞橫向的或線性的運(yùn)動(dòng)至旋轉(zhuǎn)結(jié) 構(gòu)108,以將旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)108放置在相對(duì)于平臺(tái)102上的液體材料104的想要的位置。在示例 性實(shí)施方式中，可以使所述運(yùn)動(dòng)發(fā)生器112移向或遠(yuǎn)離所述液體材料104,以調(diào)整旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu) 108穿入液體材料104的深度。
[0136] 在一個(gè)實(shí)施例中，在纖維形成工藝開(kāi)始之前，旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)108可以在通過(guò)第一距離 與所述平臺(tái)102隔開(kāi)的未激活位置。該間距可以允許使用者將液體材料104引入平臺(tái)102 上，而旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)108不會(huì)阻礙對(duì)平臺(tái)102的接近。在液體材料104沉積在平臺(tái)102之后，旋 轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)108可以通過(guò)運(yùn)動(dòng)發(fā)生器線性地移向平臺(tái)102。旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)108隨后在啟動(dòng)位置，準(zhǔn)備 用于纖維形成工藝，并通過(guò)較小的第二距離與平臺(tái)102隔開(kāi)。當(dāng)達(dá)到所想要的第二距離時(shí) 或當(dāng)旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)108接觸液體材料104的表面至想要的深度時(shí)，可以停止旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)108向平 臺(tái)102的線性運(yùn)動(dòng)。當(dāng)旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)108通過(guò)第二較小間距與所述平臺(tái)102隔開(kāi)時(shí)，可以開(kāi)始 纖維形成。在示例性實(shí)施方式中，旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)108可以在旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)108線性移動(dòng)以到達(dá)它的 啟動(dòng)位置之前或期間開(kāi)始旋轉(zhuǎn)。在另一示例性實(shí)施方式中，旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)108在它已經(jīng)到達(dá)它 的啟動(dòng)位置之后才開(kāi)始旋轉(zhuǎn)。
[0137] 圖1A-1C示出示例性的纖維形成裝置運(yùn)行的三個(gè)示例性階段。在圖1A中，旋轉(zhuǎn)結(jié) 構(gòu)108在停止位置，其中它通過(guò)較大的第一距離與在平臺(tái)102上的液體材料104隔開(kāi)。旋 轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)可以在該位置旋轉(zhuǎn)或不旋轉(zhuǎn)。在圖1B中，旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)108已經(jīng)移向在平臺(tái)102上的所 述液體材料104以到達(dá)它的啟動(dòng)位置。在該位置，旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)可以接觸或浸入液體材料至想 要的深度。在圖1C中，旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)108顯示為將部分所述液體材料104甩離與所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu) 的接觸以及甩離所述平臺(tái)102,以形成一根或多根纖維。
[0138] 在示例性實(shí)施方式中，運(yùn)動(dòng)發(fā)生器112在纖維形成之前和/或期間可以改變旋轉(zhuǎn) 結(jié)構(gòu)108相對(duì)于液體材料104的表面的旋轉(zhuǎn)軸R，以改變旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)108傳遞力至液體材料 104的角度。在示例性實(shí)施方式中，在纖維形成的時(shí)間段期間旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)108的旋轉(zhuǎn)軸R可以 保持相同，以在所述時(shí)間段期間形成的全部纖維基本上以相同的方向排列。在示例性實(shí)施 方式中，在纖維形成的時(shí)間段期間可以改變所述旋轉(zhuǎn)軸R，以在所述時(shí)間段期間形成的所述 纖維以兩個(gè)或更多個(gè)方向排列。以兩個(gè)或更多個(gè)方向取向所形成的示例性纖維可以網(wǎng)或墊 的結(jié)構(gòu)進(jìn)行收集。
[0139] 在示例性實(shí)施方式中，在纖維形成工藝之前和/或期間，運(yùn)動(dòng)發(fā)生器112可以移動(dòng) 旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)108使其更靠近或更遠(yuǎn)離平臺(tái)102,以便旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)108穿入液體材料104的深度分 別增加或減少。
[0140] 在示例性實(shí)施方式中，運(yùn)動(dòng)發(fā)生器112可以不改變旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)108的旋轉(zhuǎn)軸R相對(duì) 于液體材料104的取向，這樣，所述裝置形成基本上沿相同方向排列的纖維。在另一示例性 實(shí)施方式中，運(yùn)動(dòng)發(fā)生器112可以一次或多次改變旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)108的旋轉(zhuǎn)軸R相對(duì)于液體材 料104的取向。這調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)108傳遞力至液體材料104的方向，并導(dǎo)致纖維基本上沿 兩個(gè)或更多個(gè)方向形成?；旧涎貎蓚€(gè)或更多個(gè)方向形成的纖維可以被設(shè)置用來(lái)形成想要 的多纖維結(jié)構(gòu)，例如，網(wǎng)、墊、支架等，其在重疊的纖維之間具有間距。
[0141] 在一些示例性實(shí)施方式中，可以將氣體引入液體材料以促進(jìn)在液體材料上的彎月 面的形成，進(jìn)而促進(jìn)纖維形成。示例性氣體包括但不限于空氣、二氧化碳等。在示例性實(shí)施 方式中，在將液體材料供入裝置之前（例如通過(guò)液體材料的碳酸化），可以將氣體引入所述 液體材料。在另一示例性實(shí)施方式中，纖維形成裝置1〇〇可以包括將氣體引入液體材料104 的氣體供給通道（未畫(huà)出）。在示例性實(shí)施方式中，所述氣體供給通道在裝置運(yùn)行期間可以 提供一次性的、間歇的或連續(xù)的氣體供給。在旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)108于纖維形成期間傳遞力至液體 材料104表面之前或期間，可以將氣體引入所述液體材料104。
[0142] 在一些示例性實(shí)施方式中，可以將一種或多種試劑引入液體材料104,以便所得到 的纖維包含所述試劑。示例性試劑包括但不限于任意合適的生物學(xué)活性試劑，例如親脂肽、 脂質(zhì)、核苷酸、蛋白質(zhì)、藥物、藥學(xué)活性試劑、殺生物劑、抗微生物劑等。在示例性實(shí)施方式 中，在將液體材料供入裝置之前可以將試劑引入所述液體材料。在另一示例性實(shí)施方式中， 纖維形成裝置可以包括用于在纖維形成期間將試劑引入液體材料的試劑供給通道（未畫(huà) 出）。
[0143] 圖29示出采用旋轉(zhuǎn)刷直接傳遞力至聚合物溶液的示例性的纖維形成裝置。所述 刷連接至用于使刷旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)發(fā)生器，例如可控的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)。聚合物溶液通過(guò)聚合物進(jìn)口 通道供給至固定平臺(tái)，該進(jìn)口通道可終止于旋轉(zhuǎn)刷附近的聚合物噴嘴。在示例性實(shí)施方式 中，聚合物進(jìn)口通道可以連接至聚合物溶液供給裝置，例如，注射泵，并可以用于提供形成 纖維的聚合物溶液的連續(xù)流動(dòng)。可以提供收集器以收集纖維。
[0144] 在一些示例性實(shí)施方式中，可以在所述旋轉(zhuǎn)刷附近提供一個(gè)或多個(gè)另外的流體進(jìn) 口通道。在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，通過(guò)在聚合物噴嘴附近的另外的流體進(jìn)口通道，可以引 入一股或多股氣體噴流?？諝鈬娏骺梢杂糜谠黾诱凰鲂D(zhuǎn)刷甩動(dòng)的聚合物溶液所經(jīng)受 的剪切力，由此促進(jìn)纖維形成?？諝鈬娏饕部梢杂糜谔峁╇p噴射紡絲，由此兩根或更多根纖 維可以纏繞在一起以形成復(fù)合纏繞纖維。在另一示例性實(shí)施方式中，可以引入除用于形成 核-鞘纖維的聚合物溶液之外的一種或多種材料。
[0145] 圖2示出包括多個(gè)旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)208、220和222的示例性的纖維形成裝置200。可以 使用連接至運(yùn)動(dòng)發(fā)生器212的機(jī)械部件224 (例如桿）將旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)支撐在相對(duì)于彼此的想 要的布置。在示例性實(shí)施方式中，可以設(shè)置所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，以便它們沿水平面彼此間隔開(kāi)， 并且沖擊液體材料204表面上的不同區(qū)域。這允許裝置200同時(shí)形成多個(gè)纖維，因?yàn)槎鄠€(gè) 力被同時(shí)施加至所述液體材料的表面。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解可以用于示例性的纖維 形成裝置的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的數(shù)量不限于圖2中所顯示的說(shuō)明性的數(shù)量。圖2中示出的特征202、 204、206、210、212、214、216 和 218 與圖 1 中的特征 102、104、106、110、112、114、116 和 118 相似且與其結(jié)合進(jìn)行描述。
[0146] 圖3A-3C示出可以采用一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)來(lái)形成纖維的示例性纖維形成裝置 300的透視圖。圖3A示出在所述纖維形成工藝之前的裝置300,其中靜止沉積物302被支 撐在平臺(tái)304上。平臺(tái)304可以被收集裝置306圍繞。
[0147] 在示例性實(shí)施方式中，供纖維形成的液體材料的示例性體積可以在約1微升至約 100毫升。一些示例性實(shí)施體積包括但不限于約1微升至約100微升、約1毫升至約20毫 升、約20毫升至約40毫升、約40毫升至約60毫升、約60毫升至約80毫升、約80毫升至 約100毫升，但不限于這些示例性范圍。在所列舉的體積中間的示例性體積也是本發(fā)明的 部分。
[0148] 圖3B示出在纖維形成工藝期間的纖維形成裝置300,其中旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)308開(kāi)始與液 體材料302接觸，將部分液體材料甩離所述平臺(tái)304以形成纖維310。
[0149] 圖3C示出在纖維形成工藝之后的裝置300,其中所形成的纖維310被收集在收集 裝置306上。
[0150] 圖3A-3C示出的所述示例性裝置300不采用或不需要噴射液體材料的噴嘴、容納 和噴射所述液體材料的噴絲板或旋轉(zhuǎn)儲(chǔ)液器，或靜電電壓來(lái)形成纖維。示例性裝置比本領(lǐng) 域那些裝置更簡(jiǎn)單，由于它們不使用噴絲板或靜電電壓。此外，在示例性裝置中缺少噴射液 體材料的噴嘴避免了噴嘴堵塞的問(wèn)題。
[0151] 圖4A和4B示出示例性的纖維形成裝置400,其中旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)402旋轉(zhuǎn)以由使用注射 器404供給至旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)402附近的液體材料形成纖維。在示例性裝置400中，旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)402 可以是具有鋼刷毛的刷。所述刷毛可以具有約12. 5mm的示例性直徑，其以在約40, OOOrpm 至約60000rpm范圍的速度旋轉(zhuǎn)。
[0152] 注射器404可以用于提供和任選地不斷補(bǔ)充與旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)402的旋轉(zhuǎn)刷毛接觸的液 體材料的沉積物或液滴。在示例性實(shí)施方式中，供纖維形成的液體材料的示例性體積范圍 可以從約1微升至約100毫升。一些示例性體積包括但不限于約1微升至約100微升、約 1毫升至約20毫升、約20毫升至約40毫升、約40毫升至約60毫升、約60毫升至約80毫 升、約80毫升至約100毫升，但不限于這些示例性范圍。在所列舉的體積中間的示例性體 積也是本發(fā)明的部分。
[0153] 圖4A示出在纖維形成之前的示例性裝置400,其中旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)402不旋轉(zhuǎn)。圖4B示 出在纖維形成期間的示例性裝置400,其中旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)402旋轉(zhuǎn)，并與通過(guò)所述注射器404供 給的液體材料的沉積物或液滴接觸。旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)402的旋轉(zhuǎn)可以由所述液體材料形成一根或 多根纖維406。在示例性實(shí)施方式中，纖維406可以被收集在一個(gè)或多個(gè)收集裝置（未畫(huà) 出）上。
[0154] 圖5是示出形成或制造示例性的纖維形成裝置的示例性方法500的流程圖，其采 用一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)來(lái)形成微米、亞微米和/或納米尺寸的纖維。
[0155] 在步驟502中，為支撐液體材料提供一個(gè)或多個(gè)平臺(tái)。在示例性實(shí)施方式中，平臺(tái) 是固定的，并容納所述液體材料的靜止沉積物。在另一示例性實(shí)施方式中，平臺(tái)是可移動(dòng)的 或活動(dòng)的。
[0156] 在步驟504中，任選地，可以提供與平臺(tái)結(jié)合的加熱裝置以加熱和/或熔融液體材 料。在示例性實(shí)施方式中，加熱裝置可以用于熔融聚合物，并由聚合物熔體形成纖維。
[0157] 在步驟506中，為在平臺(tái)附近收集纖維提供一個(gè)或多個(gè)收集裝置。在示例性實(shí)施 方式中，收集裝置是固定的。在另一示例性實(shí)施方式中，收集裝置是可移動(dòng)的或活動(dòng)的。
[0158] 在步驟508中，任選地，在平臺(tái)附近提供一個(gè)或多個(gè)供給通道以將液體材料引入 平臺(tái)。液體材料可以在纖維形成工藝之前一次性地或在纖維形成工藝期間周期性地或連續(xù) 地提供。
[0159] 在步驟510中，在形成纖維的液體材料附近提供一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。所述旋轉(zhuǎn) 結(jié)構(gòu)連接至一個(gè)或多個(gè)用于傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)至旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)發(fā)生器。
[0160] 在步驟512中，一個(gè)或多個(gè)電源和/或控制機(jī)構(gòu)被連接至運(yùn)動(dòng)發(fā)生器以分別驅(qū)動(dòng) 和運(yùn)行所述運(yùn)動(dòng)發(fā)生器。電源和控制機(jī)構(gòu)可以與所述運(yùn)動(dòng)發(fā)生器一體提供，或與其分開(kāi)提 供。所述電源，例如，一個(gè)或多個(gè)電池，可以提供用于控制所述運(yùn)動(dòng)發(fā)生器的電能。所述控 制機(jī)構(gòu)可以用于啟動(dòng)、停止和改變纖維形成時(shí)間段內(nèi)運(yùn)動(dòng)發(fā)生器的運(yùn)動(dòng)，例如，旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的 啟動(dòng)、旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)速度以及類似方面?？刂茩C(jī)構(gòu)可以包括可用于預(yù)編程所述運(yùn)動(dòng)發(fā)生 器運(yùn)行的處理器。
[0161] 圖6是示出使用示例性的纖維形成裝置的示例性方法600的流程圖，其采用一個(gè) 或多個(gè)形成微米、亞微米和/或納米尺寸纖維的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。
[0162] 在步驟602中，提供了示例性的纖維形成裝置，例如根據(jù)圖5示出的方法500獲得 的纖維形成裝置。
[0163] 在步驟604中，將液體材料引入平臺(tái)，例如，通過(guò)一個(gè)或多個(gè)提供在所述平臺(tái)附近 的供給通道?？梢砸淮巍纱位蚋啻?、連續(xù)地或周期性地將液體材料引入所述平臺(tái)。引入 平臺(tái)的液體材料的體積和流動(dòng)速率可以保持恒定或基于纖維形成的所述需要而改變。
[0164] 在步驟606中，一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)可以想要的方式（例如，在想要的時(shí)間、想要 的速度、想要的沖擊角度等）運(yùn)行以傳遞力至液體材料的表面。在纖維形成工藝之前和/ 或期間，可以一次、兩次或更多次、連續(xù)地或周期性地傳遞所述力。任選地，旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)可以移 向或遠(yuǎn)離液體材料以達(dá)到想要的穿入所述表面的深度。
[0165] 在步驟608中，通過(guò)所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的所述力將部分所述液體材料甩離液體材料的 沉積物和甩離與旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的接觸。不希望受到理論束縛，所述材料可以伸展和彎曲成一根 或多根纖維，由于空氣阻力、射流頸縮（jet necking)以及所述液體材料中所述溶劑的蒸 發(fā)。
[0166] 在步驟610中，所得到的纖維收集在一個(gè)或多個(gè)可以是固定的或活動(dòng)的收集裝置 上。
[0167] 圖30是示例性的纖維形成裝置的示意圖，其顯示出可針對(duì)纖維形成而改變的示 例性參數(shù)，包括，例如，旋轉(zhuǎn)刷速度、聚合物流動(dòng)速率、溶劑揮發(fā)性、聚合物濃度，如，所述聚 合物溶液或聚合物熔體的粘度、旋轉(zhuǎn)刷和收集器之間的間隙距離、噴嘴直徑、刷的類型和剛 度。
[0168] II.示例性的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)和突出物
[0169] 示例性實(shí)施方式提供一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，其外表面包括一個(gè)或多個(gè)示例性突出 物用于形成微米、亞微米和/或納米尺寸纖維。示例性實(shí)施方式還提供一個(gè)或多個(gè)適宜于 與示例性旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)一起用于形成微米、亞微米和/或納米尺寸纖維的突出物。示例性實(shí)施 方式進(jìn)一步提供包括一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的纖維形成裝置，每個(gè)旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)包括一個(gè)或多個(gè) 突出物。
[0170] 在一些示例性實(shí)施方式中，旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)可以包括一個(gè)或多個(gè)固定于旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)外表面 的突出物。在一些示例性實(shí)施方式中，旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)可以包括兩個(gè)或更多個(gè)相同類型的突出物， 例如，具有相同形狀和尺寸的突出物。在一些其它的示例性實(shí)施方式中，旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)可以包括 兩個(gè)或更多個(gè)不同類型的突出物，例如，具有不同形狀和/或不同尺寸的突出物。示例性突 出物可以穿入液體材料的表面至想要的穿入深度。示例性的穿入深度范圍可以從約1納米 至約1厘米，但不限于該范圍。一些示例性的穿入深度包括但不限于約1毫米至約20毫 米、約20毫米至約40毫米、約40毫米至約60毫米、約60毫米至約80毫米、約80毫米至 約100毫米、約1厘米以及類似數(shù)值。在上面列舉的示例性數(shù)值中間的示例性穿入深度也 是本發(fā)明的部分。
[0171] 每個(gè)突出物可以具有任意合適的形狀，包括但不限于基本上矩形的突出物、鋸齒 形突出物（其位于芯軸上的突出物底部比離芯軸最遠(yuǎn)的頂部更寬）以及類似形狀的突出 物。在高旋轉(zhuǎn)速度下和/或在破碎的突出物可能損害纖維純度的情形中，鋸齒形可以為突 出物提供加強(qiáng)的結(jié)構(gòu)完整性，并可以防止旋轉(zhuǎn)期間突出物折斷。
[0172] 每個(gè)突出物可以具有任意合適的高度（垂直于旋轉(zhuǎn)軸R沿突出物從底部到其頂 部量取，表示為H)，包括但不限于約1納米至約10厘米。一些示例性高度可以包括但不限 于 0· lcm、0. 2cm、0. 3cm、0. 4cm、0. 5cm、0. 6cm、0. 7cm、0. 8cm、0. 9cm、lcm、2cm、3cm、4cm、5cm、 6cm、7cm、8cm、9cm、10cm以及類似數(shù)值。在上面列舉的示例性數(shù)值中間的示例性高度也是本 發(fā)明的部分。
[0173] 每個(gè)突出物可以具有任意合適的長(zhǎng)度（沿所述旋轉(zhuǎn)軸R量取，表示為L(zhǎng))，包括但 不限于約1納米至約50厘米。一些示例性長(zhǎng)度可以包括但不限于0. 1、0. 2、0. 3、0. 4、0. 5、 0·6、0·7、0·8、0·9、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、 24、 25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、 49、50cm以及類似數(shù)值。在上面列舉的示例性數(shù)值中間的示例性長(zhǎng)度也是本發(fā)明的部分。
[0174] 每個(gè)突出物可以具有任意合適的寬度（量取為所述突出物的厚度），包括但不限 于約1納米至約50厘米。一些示例性寬度可以包括但不限于0. 1、0. 2、0. 3、0. 4、0. 5、0. 6、 0·7、0·8、0·9、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、 25、 26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、 50cm以及類似數(shù)值。在上面列舉的示例性數(shù)值中間的示例性寬度也是本發(fā)明的部分。
[0175] 在其中突出物具有基本上圓錐形（其中圓錐體的圓形面接觸旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)）的示例性 實(shí)施方式中，突出物的圓形面可以具有在約1微米至約50厘米范圍的示例性直徑。一些示 例性直徑可以包括但不限于 〇· 1、〇· 2、0· 3、0· 4、0· 5、0· 6、0· 7、0· 8、0· 9、1、2、3、4、5、6、7、8、 9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、 35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50cm 以及類似數(shù)值。在上面列舉的示 例性數(shù)值中間的示例性直徑也是本發(fā)明的部分。
[0176] 在其中突出物的矩形面接觸旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的示例性實(shí)施方式中，所述矩形面可以具有 在約1微米至約50厘米范圍的示例性長(zhǎng)度和/或?qū)挾?。一些示例性長(zhǎng)度和/或?qū)挾瓤梢园?括但不限于 〇· 1、〇· 2、0· 3、0· 4、0· 5、0· 6、0· 7、0· 8、0· 9、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、 14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、 39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50cm以及類似數(shù)值。在上面列舉的示例性數(shù)值中間 的示例性長(zhǎng)度和/或?qū)挾纫彩潜景l(fā)明的部分。
[0177] 在示例性實(shí)施方式中，示例性突出物的高度與寬度或者高度與長(zhǎng)度的高寬比范圍 可以從約1:1至約100:1。一些示例性的高寬比可以包括但不限于1:1、5:1、10:1、15:1、 20:1、25:1、30:1、35:1、40:1、45:1、50:1、55:1、60:1、65:1、70:1、75:1、80:1、85:1、90:1、 95:1、100:1以及類似比例。在上面列舉的示例性數(shù)值中間的示例性高寬比也是本發(fā)明的部 分。
[0178] 示例性突出物可以由任意適宜材料形成，包括但不限于鈦、不銹鋼（例如，300和 400 合金）、鋁（例如，6061、7075)、聚苯乙烯、聚丙烯（例如，UHMW、HDPE、LDPE)、ABS、縮醛 (共聚物和均聚物）、尼龍、聚碳酸酯、聚醚醚酮、聚甲基丙烯酸甲酯、聚砜、聚四氟乙烯、聚 氯乙烯以及類似材料。
[0179] 本文所述的一些示例性突出物參照?qǐng)D7-18。但是，示例性突出物不限于圖7-18示 出的所述示例性實(shí)施方式。圖7-18示出的所述示例性突出物和旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)未按比例尺繪制。
[0180] 圖7示出示例性的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)700,其包括中芯軸702,其支撐芯軸702外表面上的 多個(gè)突出物704。在圖7示出的示例性實(shí)施方式中，所述中芯軸702可以設(shè)置為基本上圓環(huán) 形的結(jié)構(gòu)。中芯軸702的外周可以提供有多個(gè)突出物704,其從所述環(huán)結(jié)構(gòu)徑向地向外伸 出。在示例性實(shí)施方式中，每個(gè)突出物704可以具有基本上細(xì)長(zhǎng)圓柱形的結(jié)構(gòu)，具有基本上 圓形形狀的截面。在另一示例性實(shí)施方式中，每個(gè)突出物704可以具有基本上細(xì)長(zhǎng)盒狀的 結(jié)構(gòu)，具有基本上方形或矩形形狀的截面。在示例性實(shí)施方式中，突出物704可以與所述中 芯軸702 -體形成。在另一示例性實(shí)施方式中，突出物704可以與中芯軸702分開(kāi)形成，并 可以連接至所述中芯軸702。
[0181] 在圖7示出的所述示例性實(shí)施方式中，每個(gè)突出物704可以是細(xì)長(zhǎng)的和弧形的結(jié) 構(gòu)，其具有基本上比其厚度或?qū)挾雀蟮拈L(zhǎng)度。在示例性實(shí)施方式中，所述結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度可以 比所述厚度或所述寬度大約2至約50(例如，2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、 17、18、19、20以及類似數(shù)值）范圍的倍數(shù)。
[0182] 每個(gè)突出物704可以沿突出物704的長(zhǎng)度方向彎曲，以便所述突出物以順時(shí)針或 反時(shí)針?lè)较驈母街谥行据S702的突出物底部彎曲至突出物頂部706。在該設(shè)置中，所述突 出物704的頂部沿成一定角度的方向朝向或背朝所述徑向方向。在運(yùn)行中，旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)700 既可以順時(shí)針?lè)较?，也可以反時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，以便頂部706的旋轉(zhuǎn)方向沿突出物704終端指 向的方向。在示例性實(shí)施方式中，在所述中芯軸702上的全部所述突出物704可以以或者 順時(shí)針?lè)较颍蛘叻磿r(shí)針?lè)较驈澢?，以便所述突出物可以接納在所述中芯軸702上。
[0183] 在示例性實(shí)施方式中，所述中芯軸702可以包括接納桿部件（未畫(huà)出）的中心空 隙或間隙708。所述桿部件可以連接至并支撐所述中芯軸702,并且可以在遠(yuǎn)端方向伸出所 述液體材料。所述桿部件可以接著連接至用于傳遞運(yùn)動(dòng)至所述桿部件的運(yùn)動(dòng)發(fā)生器（未 畫(huà)出），其也可以導(dǎo)致所述芯軸702旋轉(zhuǎn)。這接著導(dǎo)致所述突出物704--其穿入液體材 料--旋轉(zhuǎn)，同時(shí)接觸所述液體材料，其導(dǎo)致突出物702甩動(dòng)部分所述液體材料以形成微 米、亞微米和/或納米尺寸的纖維。
[0184] 圖8示出另一示例性旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)800,其包括中芯軸802,用于支撐所述中芯軸802 外表面上的多個(gè)突出物804。在示例性實(shí)施方式中，所述芯軸802可以設(shè)置為一個(gè)或多個(gè)環(huán) 結(jié)構(gòu)。在所述環(huán)結(jié)構(gòu)的外周可以提供有多個(gè)突出物804,其從環(huán)結(jié)構(gòu)徑向向外延伸。在示 例性實(shí)施方式中，環(huán)結(jié)構(gòu)可以包括一對(duì)環(huán)結(jié)構(gòu)，其容納并保持住夾在所述環(huán)結(jié)構(gòu)之間的突 出物末端。在圖8示出的所述示例性實(shí)施方式中，突出物804可以是絲狀刷毛。示例性的 刷毛可以由任意合適的材料形成，包括但不限于天然纖維、合成纖維、金屬線（例如，鋼、鋁 等）、合成樹(shù)脂材料，包括聚酰胺、聚烯烴，諸如聚乙烯或聚丙烯、偏二鹵乙烯，諸如聚偏二氯 乙烯或聚偏二氟乙烯，或聚酯，諸如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯或聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯，以及 類似材料。
[0185] 所述芯軸802的中心可以連接至并支撐桿元件806,該桿元件806在遠(yuǎn)端方向遠(yuǎn)離 液體材料延伸。桿元件806可以接著連接至可以將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞至該桿元件806的運(yùn)動(dòng)發(fā) 生器（未畫(huà)出），其也可以導(dǎo)致所述芯軸802旋轉(zhuǎn)。這進(jìn)而導(dǎo)致所述突出物804--其穿入 液體材料--旋轉(zhuǎn)，同時(shí)接觸所述液體材料，使突出物802甩動(dòng)部分所述液體材料以形成微 米、亞微米和/或納米尺寸的纖維。
[0186] 圖9A和9B示出包括平臺(tái)902和停留在所述平臺(tái)902上的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)904的示例性 纖維形成裝置900的透視圖。所述示例性旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)904可以是圖8示出并描述的示例性結(jié) 構(gòu)800。在其它示例性實(shí)施方式中，以不同方式設(shè)置的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)906、908和910可以用于裝 置900。旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)906、908和910與圖7的示例性旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)700相似，且參照其描述。所述 旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)906、908和910可以具有不同的尺寸和顏色，如圖9A和9B所示出的。
[0187] 在示例性實(shí)施方式中，平臺(tái)902可以包括接納液體材料的下陷區(qū)域或狹縫912。在 運(yùn)行期間，在旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)904上的所述突出物可以放置在所述狹縫912附近或在所述狹縫912 中，以便在所述纖維形成工藝期間穿入所述液體材料的表面。
[0188] 圖10示出基本上被設(shè)置為矩形葉片的示例性突出物1000。所述突出物1000可以 具有基本上盒形的結(jié)構(gòu)，具有六個(gè)矩形面和沿平行于所述面的平面截取的矩形截面。在示 例性實(shí)施方式中，突出物1000的面可以是相同的形狀和尺寸。在另一示例性實(shí)施方式中， 突出物1000可以包括一組兩個(gè)平行面，其比其它兩組面的面積更大。也即是說(shuō)，示例性突 出物1000可以設(shè)置為具有薄邊的葉片。
[0189] 在示例性實(shí)施方式中，一個(gè)或多個(gè)示例性突出物1000可以固定于被設(shè)置為繞旋 轉(zhuǎn)軸R旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)1006的外表面。在該示例性設(shè)置中，一個(gè)或多個(gè)突出物1000可以 固定于所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)1006的外表面，從所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)1006的外表面徑向地向外伸出。
[0190] 在示例性實(shí)施方式中，突出物1000的沿旋轉(zhuǎn)軸R延伸并與所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)1006的 外表面接觸的面，可以比突出物1000的沿旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)1006的長(zhǎng)度延伸并從所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu) 1006徑向地向外伸出的面，具有基本上更小的面積。在示例性實(shí)施方式中，突出物1000中 沿旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)1006的長(zhǎng)度徑向向外延伸的面的面積，與被布置為與旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)1006的外表面 接觸的面的面積之比，可以在約1:1至約100:1的范圍。一些示例性比值可以包括但不限 于 1:1、5:1、10:1、15:1、20:1、25:1、30:1、35:1、40:1、45:1、50:1、55:1、60:1、65:1、70:1、 75:1、80 :1、85:1、90:1、95:1、100:1以及類似比值。在上面列舉的示例性數(shù)值中間的示例性 比值也是本發(fā)明的部分。
[0191] 圖11A和11B示出在旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)1006外表面上的如圖10所示類型的兩個(gè)或更多個(gè) 突出物1000的示例性設(shè)置。圖11A示出沿與旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)1006的旋轉(zhuǎn)軸R正交的平面截取的 示例性旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)1006的剖視圖。圖11B示出沿貫穿所述旋轉(zhuǎn)軸R延伸的平面截取的如圖 11A所述示例性旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)1006的剖視圖。在圖11A和11B示出的該示例性設(shè)置中，兩個(gè)或 更多個(gè)突出物1000可以在兩個(gè)或更多個(gè)不同的沿著并貫穿所述旋轉(zhuǎn)軸R延伸的平面上相 互隔開(kāi)，以便它們?cè)谛D(zhuǎn)結(jié)構(gòu)1006的橫截面外周相互隔開(kāi)。例如，突出物1008和1010可 以沿平面A從所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的表面徑向地向外伸出，突出物1012和1014可以沿平面B從 所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的表面徑向地向外伸出，突出物1016和1018可以沿平面C從所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu) 的表面徑向地向外伸出，突出物1020和1022可以沿平面D從所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的表面徑向地 向外伸出。
[0192] 圖12A和12B示出在旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)1006'外表面上的圖10所示類型的兩個(gè)或更多個(gè) 突出物100(V的示例性設(shè)置。圖12A示出沿與旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)1006'的旋轉(zhuǎn)軸R正交的平面截 取的示例性旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)1006'的剖視圖。圖12B示出沿貫穿旋轉(zhuǎn)軸R的平面截取的圖12A所 述示例性旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)1006'的剖視圖。在圖12A和12B示出的該示例性設(shè)置中，兩個(gè)或更多 個(gè)突出物1000'可以在沿著并貫穿所述旋轉(zhuǎn)軸R的兩個(gè)或更多個(gè)不同平面上相互隔開(kāi)，以 便它們?cè)谛D(zhuǎn)結(jié)構(gòu)1006'的橫截面外周上相互隔開(kāi)。例如，突出物1008'和1010'可以沿 平面A'從所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的表面徑向地向外伸出，突出物1012'和1014'可以沿平面B' 從所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的表面徑向地向外伸出，突出物1016'和1018'可以沿平面C'從所述旋 轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的表面徑向地向外伸出，突出物l〇2(V和1022'可以沿平面IV從所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的 表面徑向地向外伸出。
[0193] 此外，在圖12A和12B示出的所述示例性實(shí)施方式中，兩個(gè)或更多個(gè)突出物100(V 可以沿兩個(gè)或更多個(gè)垂直于旋轉(zhuǎn)軸R延伸的不同平面（例如，平面E、F、G和Η)相互隔開(kāi)， 以便它們沿所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)1006'的所述中芯軸的長(zhǎng)度隔開(kāi)。
[0194] 圖13示出基本上被設(shè)置為鋸齒形葉片的示例性突出物1300,其中所述鋸齒形的 尖銳邊緣在所述纖維形成工藝期間穿入液體材料。在示例性實(shí)施方式中，一個(gè)或多個(gè)示例 性突出物1300可以固定于被設(shè)置為繞旋轉(zhuǎn)軸R旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)1306的外表面。在該示例 性設(shè)置中，一個(gè)或多個(gè)突出物1300可以固定于旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)1306的外表面，從所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu) 1306的外表面徑向地向外伸出。
[0195] 突出物1300可以包括被設(shè)置為接觸旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)1306外表面并沿它的旋轉(zhuǎn)軸R延伸 的矩形面。突出物1300可以包括兩個(gè)傾斜的矩形面（例如，面1302)，和兩個(gè)三角形面（例 如，面1304)，其基本上正交于與旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)1306接觸的面延伸。突出物1300的面1302可以 從所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)1306沿旋轉(zhuǎn)軸R徑向向外伸出。突出物1300的面1304可以基本上正交 于旋轉(zhuǎn)軸R從旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)1306徑向向外伸出。
[0196] 在示例性實(shí)施方式中，沿所述旋轉(zhuǎn)軸R延伸并被布置為與所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)1306的外 表面接觸的所述突出物1300的面，可以比沿所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)1306的長(zhǎng)度延伸并從所述旋轉(zhuǎn) 結(jié)構(gòu)1306徑向地向外伸出的所述突出物1300的面1304,具有基本上更小的面積。在示例性 實(shí)施方式中，面1304的面積，與沿所述旋轉(zhuǎn)軸R延伸并被布置為與所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)1306的外 表面接觸的面，其沿所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)1306的長(zhǎng)度徑向地向外延伸，的面積之比，可以在約1:1 至約100:1的范圍。一些示例性比值可以包括但不限于1:1、5:1、10 :1、15:1、20:1、25:1、 30:1、35:1、40:1、45:1、50:1、55:1、60:1、65:1、70:1、75:1、80:1、85:1、90:1、95:1、100:1 以 及類似比值。在上面列舉的示例性數(shù)值中間的示例性比值也是本發(fā)明的部分。
[0197] 在示例性實(shí)施方式中，突出物1300的沿所述旋轉(zhuǎn)軸R延伸并被布置為與所述旋 轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)1306的外表面接觸的面，可以比突出物1300的基本上正交于旋轉(zhuǎn)軸R從旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu) 1306徑向向外伸出的面1302,具有基本上更小的面積。在示例性實(shí)施方式中，面1302的面 積與面1304的面積之比，可以在約1:1至約100:1的范圍。一些示例性比值可以包括但不 限于 1:1、5:1、10:1、15:1、20:1、25:1、30:1、35:1、40:1、45:1、50:1、55:1、60:1、65:1、70:1、 75:1、80 :1、85:1、90:1、95:1、100:1以及類似比值。在上面列舉的示例性數(shù)值中間的示例性 比值也是本發(fā)明的部分。
[0198] 圖14A和14B示出在旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)1306外表面上的圖13所示類型的兩個(gè)或更多個(gè)突 出物1300的示例性設(shè)置。圖14A示出沿與旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)1306的旋轉(zhuǎn)軸R正交的平面截取的示 例性旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)1306的剖視圖。圖14B示出沿貫穿所述旋轉(zhuǎn)軸R的平面截取的圖14A所述 示例性旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)1306的剖視圖。在圖14A和14B示出的該示例性設(shè)置中，兩個(gè)或更多個(gè)突 出物1300可以在沿著并且貫穿所述旋轉(zhuǎn)軸R延伸的兩個(gè)或更多個(gè)不同平面上相互隔開(kāi)，以 使得它們沿旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)1306的橫截面的外周相互隔開(kāi)。例如，突出物1308和1310可以沿平 面A從所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的表面徑向地向外伸出，突出物1312和1314可以沿平面B從所述旋 轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的表面徑向地向外伸出，突出物1316和1318可以沿平面C從所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的表面 徑向地向外伸出，突出物1320和1322可以沿平面D從所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的表面徑向地向外伸 出。
[0199] 圖15A和15B示出在旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)1306'外表面上的圖13所示類型的兩個(gè)或多個(gè)突 出物1300'的示例性設(shè)置。圖15A示出沿與旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)1306'的旋轉(zhuǎn)軸R正交的平面截取 的示例性旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)1306'的剖視圖。圖15B示出在沿著并貫穿所述旋轉(zhuǎn)軸R延伸的平面截 取的圖15A所述示例性旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)1306'的剖視圖。在圖15A和15B示出的該示例性設(shè)置 中，兩個(gè)或更多個(gè)突出物1300'可以沿在沿著并貫穿所述旋轉(zhuǎn)軸R延伸的兩個(gè)或更多個(gè)不 同平面上相互隔開(kāi)，以便它們?cè)谛D(zhuǎn)結(jié)構(gòu)1306'的橫截面外周上相互隔開(kāi)。例如，突出物 130V和131(V可以沿平面V從所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的表面徑向地向外伸出，突出物10C和 1014'可以沿平面B'從所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的表面徑向地向外伸出，突出物1316'和1318'可 以沿平面C'從所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的表面徑向地向外伸出，突出物1320'和1322'可以沿平面 N從所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的表面徑向地向外伸出。
[0200] 此外，在圖15A和15B示出的所述示例性實(shí)施方式中，兩個(gè)或更多個(gè)突出物130(V 可以沿兩個(gè)或更多個(gè)垂直于所述旋轉(zhuǎn)軸R延伸的不同平面（例如，平面E、F、G和Η)相互隔 開(kāi)，以便它們沿旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)1306'的中芯軸的長(zhǎng)度隔開(kāi)。
[0201] 圖16示出基本上被設(shè)置為圓錐投影的示例性突出物1300,其中所述圓錐形的頂 部在所述纖維形成工藝期間穿入液體材料。在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，一個(gè)或多個(gè)示例性 突出物1600可以固定于被設(shè)置為繞旋轉(zhuǎn)軸R旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)1606的外表面。在該示例性 設(shè)置中，一個(gè)或多個(gè)突出物1600可以固定于所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)1606的外表面，從所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu) 1606的外表面徑向向外伸出。突出物1600可以包括從旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)1606徑向向外伸出的圓錐 形面1602,和被設(shè)置為接觸旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)1606的外表面并沿它的旋轉(zhuǎn)軸R延伸的圓形面1604。
[0202] 在示例性實(shí)施方式中，沿所述旋轉(zhuǎn)軸R延伸并被布置為與所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)1606的 外表面接觸的突出物1600的面1604,可以比從所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)1606徑向向外伸出的突出 物1600的圓錐形面1602,具有基本上更小的面積。在示例性實(shí)施方式中，面1602的面積 與面1604的面積之比，可以在約1:1至約100:1的范圍。一些示例性比值可以包括但不 限于 1:1、5:1、10:1、15:1、20:1、25:1、30:1、35:1、40:1、45:1、50:1、55:1、60:1、65:1、70:1、 75:1、80 :1、85:1、90:1、95:1、100:1以及類似比值。在上面列舉的示例性數(shù)值中間的示例性 比值也是本發(fā)明的部分。
[0203] 圖17Α和17Β示出在旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)1606外表面上的如圖16所示類型的兩個(gè)或更多個(gè) 突出物的示例性設(shè)置。圖17Α示出沿與所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)1606的旋轉(zhuǎn)軸R正交的平面截取的 示例性旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)1606的剖視圖。圖17Β示出沿貫穿所述旋轉(zhuǎn)軸R的平面截取的圖17Α所 述示例性旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)1606的剖視圖。在圖17Α和17Β示出的該示例性設(shè)置中，兩個(gè)或更多個(gè) 突出物1600可以在沿著并貫穿所述旋轉(zhuǎn)軸R延伸的兩個(gè)或更多個(gè)不同平面上相互隔開(kāi)，以 便它們?cè)谒鲂D(zhuǎn)結(jié)構(gòu)1606的橫截面外周上相互隔開(kāi)。例如，突出物1608和1610可以沿 平面Α從所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的表面徑向地向外伸出，突出物1612和1614可以沿平面Β從所述 旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的表面徑向地向外伸出，突出物1616和1618可以沿平面C從所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的表 面徑向地向外伸出，突出物1620和1622可以沿平面D從所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的表面徑向地向外 伸出。
[0204] 圖18A和18B示出在旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)1606'外表面上的圖16所示類型的兩個(gè)或更多個(gè) 突出物1600'的示例性設(shè)置。圖18A示出沿與所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)1606'的旋轉(zhuǎn)軸R正交的平 面截取的示例性旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)1606'的剖視圖。圖18B示出沿貫穿所述旋轉(zhuǎn)軸R延伸的平面 截取的圖18A所述示例性旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)1606'的剖視圖。在圖18A和18B示出的該示例性設(shè) 置中，兩個(gè)或更多個(gè)突出物1600'可以在沿著并貫穿所述旋轉(zhuǎn)軸R的兩個(gè)或更多個(gè)不同平 面上相互隔開(kāi)，以便它們?cè)谒鲂D(zhuǎn)結(jié)構(gòu)1606'的橫截面外周上相互隔開(kāi)。例如，突出物 160V和161(V可以沿平面V從所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的表面徑向地向外伸出，突出物16C和 161V可以沿平面K從所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的表面徑向地向外伸出，突出物16W和161V可 以沿平面C'從所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的表面徑向地向外伸出，突出物1620'和1622'可以沿平面 N從所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的表面徑向地向外伸出。
[0205] 此外，在圖18A和18B示出的示例性實(shí)施方式中，兩個(gè)或更多個(gè)突出物160(V可以 沿兩個(gè)或更多個(gè)垂直于所述旋轉(zhuǎn)軸R延伸的不同平面（例如，平面E、F、G和H)相互隔開(kāi)， 以便它們沿所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)1606'的所述中芯軸的長(zhǎng)度隔開(kāi)。
[0206] III.采用一股或多股氣體噴流的示例性實(shí)施方式
[0207] 示例性實(shí)施方式提供采用一股或多股氣體噴流形成微米、亞微米和/或納米尺寸 纖維的系統(tǒng)、裝置和方法。通過(guò)所述示例性系統(tǒng)、裝置和方法所形成的示例性纖維直徑范圍 可以從約1納米至100微米，但不限于該示例性范圍。
[0208] 圖19A-19C示出采用一股或多股氣體噴流形成一根或多根纖維的示例性纖維形 成裝置1900的示意圖。圖19A示出所述示例性裝置1900,其中未傳遞力給液體材料。圖 19B示出所述示例性裝置1900,其中通過(guò)氣體噴流在相對(duì)于水平面的低沖擊角度傳遞力給 液體材料。圖19C示出示例性裝置1900,其中氣體噴流在相對(duì)于水平面的高沖擊角度傳遞 力給液體材料。圖19A-19C示出的示例性裝置1900不采用或不需要噴射液體材料的噴嘴、 容納和噴射液體材料的噴絲板或旋轉(zhuǎn)儲(chǔ)液器，或靜電電壓來(lái)形成所述纖維。示例性裝置比 本領(lǐng)域的現(xiàn)有裝置更簡(jiǎn)單，由于它們不使用噴絲板或靜電電壓。此外，在示例性裝置中不包 含噴射所述液體材料的噴嘴避免了與本領(lǐng)域的現(xiàn)有裝置相關(guān)的噴嘴堵塞的問(wèn)題。
[0209] 所述示例性的纖維形成裝置1900可以包括用于支撐液體材料沉積物1904的平臺(tái) 1902。在示例性實(shí)施方式中，供纖維形成的所述液體材料的示例性體積可以在約1微升至 約100毫升。一些示例性實(shí)施體積包括但不限于約1微升至約100微升、約1毫升至約20 毫升、約20毫升至約40毫升、約40毫升至約60毫升、約60毫升至約80毫升、約80毫升 至約100毫升，但不限于這些示例性范圍。在所列舉的體積中間的示例性體積也是本發(fā)明 的部分。
[0210] 在示例性實(shí)施方式中，沉積物1904可以是一次性沉積物。在另一示例性實(shí)施方式 中，沉積物1904可以是連續(xù)或間歇補(bǔ)充的沉積物。在示例性實(shí)施方式中，液體材料的沉積 物1904在所述平臺(tái)1902上可以是靜止的或活動(dòng)的。示例性的纖維形成裝置1900可以包 括將液體材料供給至平臺(tái)1902的供給通道1906。在示例性實(shí)施方式中，供給通道1906可 以提供液體材料的一次性的、間歇的或連續(xù)的供給。通過(guò)所述供給通道1906提供的液體材 料的示例性加料速率范圍可以從約0. 01毫升每分鐘至約100毫升每分鐘，但加料速率不限 于該示例性范圍。一些示例性的加料速率包括但不限于約〇. 01毫升每分鐘至約1毫升每 分鐘、約1暈升每分鐘至約20暈升每分鐘、約20暈升每分鐘至約40暈升每分鐘、約40暈 升每分鐘至約60毫升每分鐘、約60毫升每分鐘至約80毫升每分鐘、約80毫升每分鐘以及 類似速率。在所列舉的速率中間的示例性加料速率也是本發(fā)明的部分。
[0211] 在示例性實(shí)施方式中，可以提供包括一個(gè)或多個(gè)微流體通道的微流體裝置供給所 述液體材料至所述平臺(tái)1902。在示例性實(shí)施方式中，可以提供包括一個(gè)或多個(gè)宏觀流體通 道的宏觀流體裝置將液體材料供給至平臺(tái)1902。在示例性實(shí)施方式中，可以提供微流體和 宏觀流體裝置以用于將液體材料供給至平臺(tái)1902。
[0212] 在示例性實(shí)施方式中，可以在平臺(tái)1902附近、其上或其中提供加熱和/或融化 所述液體材料1904的加熱裝置。例如，輸送至平臺(tái)1902的聚合物可以通過(guò)加熱裝置加 熱以形成可接著用于形成纖維的聚合物熔體。在示例性實(shí)施方式中，可以在適合于融化 所述聚合物的溫度下加熱聚合物，例如，在約1001：至約3001：、100-2001：、約150-3001：、 約 150-250°C 或約 150-200°C 或約 100、105、110、115、120、125、130、135、140、145、150、155、 160、165、170、175、180、185、190、195、200、205、210、215、220、225、230、235、240、245、250、 255、260、265、270、275、280、285、290、295或約300°C的溫度下加熱。在所列舉的溫度中間 的示例性溫度也是本發(fā)明的部分。
[0213] 在示例性實(shí)施方式中，可以在液體材料1904的附近提供一個(gè)或多個(gè)氣翼或空氣 葉片（未畫(huà)出）以增加在纖維形成期間和/或之后由液體材料形成的纖維所經(jīng)受的空 氣湍流。為此，示例性的纖維形成裝置1900可以與如2010年11月17日提交的序列號(hào) 61/414,674的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)的圖13-17相關(guān)描述的氣翼組合使用，通過(guò)引用將其整個(gè) 內(nèi)容以其實(shí)體方式合并于本文中。
[0214] 在示例性實(shí)施方式中，裝置1900的平臺(tái)1902可以包括或可以提供有導(dǎo)管或罩 (未畫(huà)出）以提供想要的路徑或沿想要的路徑將纖維引入收集裝置1910。所述收集裝置 1910可以由任意適宜材料，例如能夠經(jīng)受熱和/或?qū)瘜W(xué)有機(jī)溶劑不敏感的材料構(gòu)成。在 一個(gè)實(shí)施方式中，收集裝置1910可以由塑料材料，例如，聚丙烯、聚乙烯或聚四氟乙烯形 成。在另一實(shí)施方式中，收集裝置1910可以由金屬，例如，鋁、鋼、不銹鋼、碳化鎢、鎢合金、 鈦或鎳形成。收集裝置1910可以具有任意合適的尺寸或幾何形狀，包括但不限于圓形、矩 形、橢圓形以及類似形狀。收集裝置1910也可以形成為任意活器官，例如，心、腎、（多個(gè)） 肝葉、子宮、膀胱、腸、骨骼肌或肺，或其部分的形狀。收集裝置1910可以進(jìn)一步成形為任意 中空空腔、器官或組織，諸如圓形的肌肉結(jié)構(gòu)，例如，括約肌或虹膜。這些形狀允許纖維以活 器官的形式沉積來(lái)制造工程化組織和器官，在下面會(huì)更詳細(xì)地描述。
[0215] 在示例性實(shí)施方式中，收集裝置1910可以與平臺(tái)1902隔開(kāi)，并可以圍繞平臺(tái) 1902。雖然圖示出的示例性收集裝置1910是靜止的，其它示例性的收集裝置可以是活動(dòng) 的，例如，旋轉(zhuǎn)的和/或擺動(dòng)的?；顒?dòng)的收集裝置1910可以用于接收網(wǎng)、墊、織造或非織造 形態(tài)的纖維。示例性的纖維形態(tài)可以提高纖維收集物的力學(xué)性能。
[0216] 在其中收集裝置1910在所述纖維形成期間移動(dòng)的示例性實(shí)施方式中，所述收集 裝置可以連接至將運(yùn)動(dòng)傳遞至收集裝置1910的運(yùn)動(dòng)發(fā)生器。所述運(yùn)動(dòng)發(fā)生器接著連接至 供給能量至運(yùn)動(dòng)發(fā)生器的電源，和控制其運(yùn)動(dòng)的各個(gè)方面的控制裝置，所述方面例如運(yùn)動(dòng) 的類型（線性的和/或旋轉(zhuǎn)的）、運(yùn)動(dòng)發(fā)生器的啟動(dòng)/停止、運(yùn)動(dòng)發(fā)生器的啟動(dòng)和停止的 時(shí)機(jī)、運(yùn)動(dòng)的速度、運(yùn)動(dòng)的加速或減速以及類似運(yùn)動(dòng)。傳遞給示例性收集裝置1910的示例 性線性速度的范圍可以包括約〇. 〇〇〇lm/s至約4. 2m/s，但不限于該示例性范圍。一些示 例性線性速度可以包括但不限于約 0. 01m/s、0. 02m/s、0. 03m/s、0. 04m/s、0. 05m/s、0. 06m/ s、0.07m/s、0. 08m/s、0. 09m/s、0. lm/s、0. 2m/s、0. 3m/s、0. 4m/s、0. 5m/s、0. 6m/s、0. 7m/s、 0. 8m/s、0. 9m/s、lm/s、2m/s、3m/s、4m/s、5m/s以及類似速度。在所列舉的示例性速度中間的 示例性線性速度也是本發(fā)明的部分?？梢钥刂剖占b置1910的運(yùn)動(dòng)以獲得想要的纖維取 向和形態(tài)。
[0217] 在某些實(shí)施方式中，收集裝置1910可以保持在約室溫，例如，約20、21、22、23、24、 25、26、27、28、29 或約 30°C，和環(huán)境濕度，例如，約 30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、 41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、 66、67、68、69、70、71、72、73、74、75、76、77、78、79、80、81、82、83、84、85、86、87、88、89 或約 90%的濕度?？梢栽谌我夂线m的溫度和濕度保持收集裝置1910和形成所述方法，取決于待 制造的聚合物纖維的想要的表面形貌。例如，將濕度從約30%升至約50%制得多孔纖維， 而將濕度降至約25%則制得光滑纖維。由于光滑纖維比多孔纖維具有更高的拉伸強(qiáng)度，在 一個(gè)實(shí)施方式中，在受控的濕度條件，例如，變化約低于約10 %的濕度下保持本發(fā)明所述裝 置和進(jìn)行本發(fā)明所述方法。在所列舉的范圍中間的示例性溫度和濕度數(shù)值也是本發(fā)明的部 分。
[0218] 所述示例性的纖維形成裝置1900可以包括一個(gè)或多個(gè)提供在所述液體材料1904 附近并與其隔開(kāi)的氣體噴嘴1912。所述噴嘴1912可連接或已連接至氣體源，并可以對(duì)準(zhǔn)平 臺(tái)1902上的液體材料1904發(fā)射高壓氣體噴流或氣流1914?？梢酝ㄟ^(guò)噴嘴1912發(fā)射的示 例性氣體包括但不限于空氣、二氧化碳以及類似氣體。噴嘴1912可以設(shè)置以使氣體噴流接 觸液體材料的表面以傳遞足夠的力或能量以在所述氣體噴流接觸所述表面的位置產(chǎn)生彎 月面。通過(guò)所述氣體噴流所傳遞的力或能量也使彎月面處的部分液體材料脫離，并將所述 部分甩離與氣體噴流的接觸和甩離所述液體材料的沉積物1904,由此形成微米、亞微米和 /或納米尺寸的纖維。所述纖維可以離開(kāi)平臺(tái)1902,并可以收集在收集裝置1910上。
[0219] 在示例性實(shí)施方式中，所述液體材料被甩出的方向可以基本上與所述氣體噴流流 動(dòng)的方向相同。在示例性實(shí)施方式中，所述氣體噴流可以基本上平行于所述液體材料頂面 的方向傳遞力至所述液體材料。
[0220] 示例性實(shí)施方式可以提供用于控制噴嘴1912運(yùn)行的一個(gè)或多個(gè)方面的機(jī)構(gòu)，包 括但不限于所述噴嘴的啟動(dòng)和停止、所述噴嘴啟動(dòng)和停止的時(shí)機(jī)、設(shè)定和/或改變所述氣 體噴流的速度、設(shè)定和/或改變?cè)谒鰵怏w噴流中所述氣體的流速、設(shè)定和/或改變噴嘴相 對(duì)于液體材料的方向、噴嘴和液體材料之間的距離以及類似方面。在示例性實(shí)施方式中，可 以單次啟動(dòng)噴嘴1912以傳遞瞬時(shí)力至液體材料1904。在另一示例性實(shí)施方式中，可以間歇 地或連續(xù)地啟動(dòng)噴嘴1912。
[0221] 所述噴嘴1912可以連接至控制器或控制機(jī)構(gòu)，其接收例如，以電信號(hào)、光信號(hào)或 以其它信號(hào)編碼的控制指令，以控制噴嘴1912運(yùn)行的不同方面。噴嘴1912也可以連接至 電源和提供電源來(lái)驅(qū)動(dòng)噴嘴的導(dǎo)管。在示例性實(shí)施方式中，當(dāng)所述裝置運(yùn)行時(shí)，可以由使用 者以實(shí)時(shí)方式控制噴嘴1912運(yùn)行的任意方面。在另一示例性實(shí)施方式中，也可以預(yù)編程的 方式控制這些方面。
[0222] 可以產(chǎn)生氣體噴流沖擊液體材料1904 -段足以形成想要的纖維的時(shí)間，諸如，例 如，約1分鐘至約100分鐘、約1分鐘至約60分鐘、約10分鐘至約60分鐘、約30分鐘至 約60分鐘、約1分鐘至約30分鐘、約20分鐘至約50分鐘、約5分鐘至約20分鐘、約5分 鐘至約30分鐘或約15分鐘至約30分鐘、約5-100分鐘、約10-100分鐘、約20-100分鐘、 約 30-100 分鐘或約 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、 24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、 49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69、70、71、72、73、 74、75、76、77、78、79、80、81、82、83、84、85、86、87、88、89、90、91、92、93、94、95、96、97、98、 99、100分鐘或更長(zhǎng)。在上面列舉的數(shù)值中間的時(shí)間和范圍也是本發(fā)明的部分。
[0223] 在示例性實(shí)施方式中，所述噴射嘴1912可以連接至運(yùn)動(dòng)發(fā)生器，其可以傳遞橫向 的或線性的運(yùn)動(dòng)至所述噴射嘴1912以將所述噴射嘴放置在相對(duì)于平臺(tái)1902上的液體材料 1904的想要的位置。在示例性實(shí)施方式中，使用運(yùn)動(dòng)發(fā)生器可以改變噴嘴1912與液體材料 1904之間的垂直和/或水平距離。在示例性實(shí)施方式中，使用所述運(yùn)動(dòng)發(fā)生器可以改變氣 體噴流傳遞力至液體材料的角度。
[0224] 在圖19A-19C示出的所述示例性實(shí)施方式中，噴嘴1912與液體材料1904沿所述 水平面Η隔開(kāi)，但基本上不與液體材料沿垂直軸V隔開(kāi)。也即是說(shuō)，所述氣體噴流以低沖擊 角度沖擊在所述液體材料的表面上，所述角度包括但不限于與水平面成約〇度至約10度 (例如，約〇度、1度、2度、3度、4度、5度、6度、7度、8度、9度、10度以及類似角度）。在沖 擊角度基本上為〇度的示例性實(shí)施方式中，可以基本上平行于所述平面施加力至液體材料 的表面。在圖19A-19C示出的示例性實(shí)施方式中，噴嘴1912沿水平面Η和垂直軸V方向均 與液體材料1904隔開(kāi)。這就是說(shuō)，氣體噴流以更高的沖擊角度沖擊在所述液體材料的表面 上，所述角度包括但不限于與所述水平面成約10度至約50度（例如，約10度、15度、20度、 25度、30度、35度、40度、45度、50度以及類似角度）。其它沖擊角度也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0225] 在示例性實(shí)施方式中，在所述裝置運(yùn)行期間可以不改變噴嘴1912相對(duì)于液體材 料1904的取向，這樣，所述裝置形成基本上沿相同方向排列的纖維。在另一示例性實(shí)施方 式中，可以一次或多次改變所述取向以便調(diào)節(jié)所述氣體噴流傳遞力至液體材料的方向，由 此使得纖維基本上沿兩個(gè)或更多個(gè)方向形成?？梢栽O(shè)置基本上沿兩個(gè)或更多個(gè)方向形成 的纖維以形成想要的多纖維結(jié)構(gòu)，例如，網(wǎng)、墊、支架等，其在重疊的纖維之間具有想要的間 距。
[0226] 在一些示例性實(shí)施方式中，可以將氣體引入液體材料以促進(jìn)在液體材料上的彎月 面的形成，進(jìn)而促進(jìn)部分液體材料從所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)脫離和被甩出。示例性氣體包括但不限 于空氣、二氧化碳以及類似氣體。在示例性實(shí)施方式中，在將所述液體材料供入所述裝置之 前，例如，通過(guò)所述液體材料的碳酸化，可以將氣體引入液體材料。在另一示例性實(shí)施方式 中，纖維形成裝置1900可以包括將氣體引入液體材料的氣體供給通道（未畫(huà)出）。在示例 性實(shí)施方式中，所述氣體供給通道在所述裝置運(yùn)行期間可以提供一次性的、間歇的或連續(xù) 的氣體供給。在噴嘴1912傳遞力至液體材料表面之前或期間可以將氣體引入液體材料以 形成纖維。
[0227] 在一些示例性實(shí)施方式中，可以將一種或多種試劑引入液體材料，以便所得到的 纖維包含所述試劑。示例性試劑包括但不限于任意合適的生物學(xué)活性試劑，例如親脂肽、月旨 質(zhì)、核苷酸、蛋白質(zhì)、藥物、藥學(xué)活性試劑、殺生物劑、抗微生物劑以及類似試劑。在示例性實(shí) 施方式中，在將液體材料供入裝置之前可以將所述試劑引入液體材料中。在另一示例性實(shí) 施方式中，纖維形成裝置1900可以包括供給通道（未畫(huà)出），以在將液體材料引入裝置之前 或在纖維形成期間將試劑引入所述液體材料的試劑。
[0228] 圖20是示出形成或制造圖19A-19C的示例性纖維形成裝置的示例性方法2000的 流程圖。
[0229] 在步驟2002中，為支撐液體材料提供一個(gè)或多個(gè)平臺(tái)。在示例性實(shí)施方式中，所 述平臺(tái)是固定的，并容納液體材料的靜止沉積物。在另一示例性實(shí)施方式中，平臺(tái)是可移動(dòng) 的或活動(dòng)的。
[0230] 在步驟2004中，任選地，可以提供與所述平臺(tái)相連的加熱裝置以加熱和/或熔融 液體材料。在示例性實(shí)施方式中，加熱裝置可以用于熔融聚合物，并由聚合物熔體形成纖 維。
[0231] 在步驟2006中，為在所述平臺(tái)附近收集纖維提供一個(gè)或多個(gè)收集裝置。在示例性 實(shí)施方式中，收集裝置是固定的。在另一示例性實(shí)施方式中，收集裝置是可移動(dòng)的或活動(dòng) 的。
[0232] 在步驟2008中，任選地，在平臺(tái)附近提供一個(gè)或多個(gè)供給通道用于將液體材料引 入平臺(tái)。在所述纖維形成工藝之前一次性地提供液體材料，或在所述纖維形成工藝之間和 /或期間周期性地或連續(xù)地提供液體材料。
[0233] 在步驟2010中，在液體材料附近提供一個(gè)或多個(gè)噴射嘴用于形成纖維。
[0234] 在步驟2012中，一個(gè)或多個(gè)電源和/或控制機(jī)構(gòu)連接至所述噴射嘴以分別驅(qū)動(dòng)和 運(yùn)行所述噴射嘴。所述電源和控制機(jī)構(gòu)可以與所述噴射嘴一體提供，或與其分開(kāi)提供。電 源，例如，一個(gè)或多個(gè)電池、交流電源等，可以提供驅(qū)動(dòng)噴嘴的電能?？刂茩C(jī)構(gòu)可以在纖維形 成階段啟動(dòng)、停止和改變氣體流動(dòng)，例如，所述噴嘴的啟動(dòng)、通過(guò)所述噴嘴發(fā)射的所述氣體 噴流的速度以及類似方面。所述控制機(jī)構(gòu)可以包括可用于預(yù)編程所述噴射嘴運(yùn)行的處理 器。
[0235] 圖21是示出使用圖19A-19C的示例性纖維形成裝置1900由液體材料形成纖維的 示例性方法2100的流程圖。
[0236] 在步驟2102中，提供例如根據(jù)圖20示出的方法2000獲得的示例性的纖維形成裝 置。
[0237] 在步驟2104中，將液體材料引入所述平臺(tái)，例如，通過(guò)一個(gè)或多個(gè)提供在所述平 臺(tái)附近的供給通道?？梢砸淮?、兩次或更多次、連續(xù)地或周期性地將液體材料引入平臺(tái)。將 液體材料引入平臺(tái)的體積和流動(dòng)速率可以保持恒定或基于纖維形成的所述需要而改變。
[0238] 在步驟2106中，所述噴嘴可以想要的方式（例如，在想要的流動(dòng)速率、想要的速 度、想要的沖擊角度、想要的時(shí)間等）運(yùn)行以傳遞力至液體材料的表面。在所述纖維形成工 藝之前和/或期間，可以一次、兩次或多次、連續(xù)地或周期性地傳遞所述力。
[0239] 在步驟2108中，通過(guò)所述力將部分液體材料甩離所述液體材料的沉積物和噴射 嘴。不希望受到理論束縛，所述材料可以伸展和彎曲成一根或多根纖維，這是由于空氣阻 力、射流頸縮（jet necking)以及所述液體材料中所述溶劑的蒸發(fā)。
[0240] 在步驟2110中，所得到的纖維收集在一個(gè)或多個(gè)可以是固定的或活動(dòng)的收集裝 置上。
[0241] IV.示例性的微型化纖維形成系統(tǒng)和裝置
[0242] 示例性實(shí)施方式提供微型化系統(tǒng)、微型化裝置和使用微型化系統(tǒng)和微型化裝置在 動(dòng)物，例如人、馴化動(dòng)物、野生動(dòng)物或其類似動(dòng)物的身體上或其內(nèi)部形成微米、亞微米和/ 或納米尺寸纖維的方法。在本申請(qǐng)任何位置所提及的任意示例性的纖維形成裝置也可以是 微型化的。
[0243] 示例性的微型化裝置或系統(tǒng)可以，例如，由醫(yī)療專家，如外科醫(yī)生使用，在所述身 體內(nèi)直接形成纖維以加速傷口愈合和穩(wěn)定，并作為可生物降解的和可生物相容的體內(nèi)支架 促進(jìn)器官和組織的再生。通過(guò)所述示例性的微型化系統(tǒng)、裝置和方法所形成的示例性纖維 直徑范圍從約1納米至約100微米，但不限于該示例性范圍。示例性直徑可以包括但不限于 約 15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、110、120、130、140、150、 160、170、180、190、200、210、220、230、240、250、260、270、280、290、300、310、320、33、340、 350、360、370、380、390、400、410、420、430、440、450、460、470、480、490、500、510、520、530、 540、550、560、570、580、590、600、610、620、630、640、650、660、670、680、690、700、710、720、 730、740、750、760、770、780、790、800、810、820、830、840、850、860、870、880、890、900、910、 920、930、940、950、960、970、980、990、1000 納米、10、20、30、40或約50微米。在所列舉的直 徑中間的示例性直徑也是本發(fā)明的部分。
[0244] 用于形成所述纖維的示例性液體材料可以包括但不限于可生物相容的纖維，諸如 可生物降解聚合物、可生物降解蛋白質(zhì)以及類似材料。
[0245] 示例性裝置可以具有尺寸范圍，但通常足夠小以被整體地或部分地插入所述身體 里形成的空腔內(nèi)。一些示例性裝置可以具有小至幾個(gè)立方毫米的體積。一些示例性裝置可 以足夠小以適合在人手掌心中（參見(jiàn)，例如，圖22、37、39和40)。
[0246] 圖22示出示例性的微型化纖維形成裝置2200的透視圖，其可以用作腹腔鏡手術(shù) 的腹腔鏡工具的部分。圖22示出的示例性裝置2200不采用或不需要噴射所述液體材料的 噴嘴、容納和噴射所述液體材料的噴絲板或旋轉(zhuǎn)儲(chǔ)液器，或靜電電壓來(lái)形成纖維。示例性裝 置比現(xiàn)有技術(shù)的裝置更簡(jiǎn)單，因?yàn)樗鼈儾皇褂脟娊z板或靜電電壓。此外，在示例性裝置中不 包含噴射所述液體材料的噴嘴避免了噴嘴堵塞的問(wèn)題。
[0247] 所述示例性的微型化纖維形成裝置2200可以包括形成于或連接至鄰近所述體腔 的所述裝置的第一末端的微型化主體部分2202。所述微型化主體部分2202可以引入所述 體腔內(nèi)，并可以具有任意合適的尺寸和形狀以插入所述體腔內(nèi)。在圖22示出的示例性實(shí) 施方式中，主體部分2202可以具有側(cè)壁2204,其在一個(gè)示例性實(shí)施方式中具有半圓柱形結(jié) 構(gòu)。主體部分2202的側(cè)壁2204可以限定出微型化空腔2206,在其中，可以安置微型化旋轉(zhuǎn) 結(jié)構(gòu)。主體部分2202可以具有一個(gè)或多個(gè)孔口 2208,液體材料的一股或多股噴流或一根 或多根纖維可以通過(guò)它離開(kāi)主體部分2202。所述孔口 2208可以位于任意合適的位置，例 如，在主體部分2202的所述側(cè)壁2204中?？卓?2208可以具有任意合適的截面形狀，并可 以合適的數(shù)量、位置和形態(tài)提供以控制所得到的纖維2224的形狀和性能。在示例性實(shí)施方 式中，裝置的主體部分2202可以包括在所述孔口 2208或其附近的通道或罩（未畫(huà)出）以 提供想要的路徑或沿想要的路徑將所述纖維引入在所述體腔內(nèi)的想要的區(qū)域。
[0248] 所述示例性的微型化纖維形成裝置2200可以包括形成于或連接至主體部分2202 的用于將主體部分2202插入體腔的插入部分2210。在示例性實(shí)施方式中，插入部分2210 可以設(shè)置為可由所述使用者握緊的手持部分，以將所述裝置引入在所述身體上或其中的想 要的位置。在示例性實(shí)施方式中，裝置2200可以用作腹腔鏡工具，并可以插入所述體腔內(nèi)。 在該示例性實(shí)施方式中，所述插入部分2210的外徑可以適當(dāng)?shù)男∫员悴迦肷眢w內(nèi)，例如， 通過(guò)導(dǎo)管或身體中的開(kāi)口。在圖22示出的示例性實(shí)施方式中，插入部分2210可以具有基 本上細(xì)長(zhǎng)圓柱形的結(jié)構(gòu)，具有基本上圓形的橫截面。
[0249] 在示例性實(shí)施方式中，所述微型化纖維形成裝置2200可以包括一個(gè)或多個(gè)容納 液體材料的微型化儲(chǔ)液器（未畫(huà)出），其可以引入所述體腔內(nèi)。所述儲(chǔ)液器可以由適宜材 料形成，包括但不限于陶瓷、金屬、聚合物等，取決于所述裝置的具體應(yīng)用。示例性儲(chǔ)液器可 以具有在約1微升至約100毫升的體積以容納液體材料。一些示例性體積包括但不限于約 1微升至約100微升、約1毫升至約20毫升、約20毫升至約40毫升、約40毫升至約60毫 升、約60毫升至約80毫升、約80毫升至約100毫升，但不限于這些示例性范圍。
[0250] 在圖22示出的另一示例性實(shí)施方式中，微型化纖維形成裝置2200可以不包括可 引入所述體腔的儲(chǔ)液器，但可以包括從所述體腔外部供給液體材料的供給通道2212。所述 供給通道2212的外徑可以適當(dāng)?shù)男∫圆迦肷眢w內(nèi)，例如，通過(guò)在身體中的導(dǎo)管或開(kāi)口。鄰 近體腔的供給通道2212的第一末端2214可以開(kāi)在一個(gè)或多個(gè)微型化旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)2216附近 之上或其中，以便將液體材料從存儲(chǔ)裝置加料至旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。遠(yuǎn)離所述體腔2202的所述供給 通道2212的第二端2218可以連接至另一供給通道或容納液體材料的存儲(chǔ)裝置。
[0251] 在示例性實(shí)施方式中，供纖維形成的液體材料的示例性體積范圍可以從約1微升 至約100毫升。一些示例性體積包括但不限于約1微升至約100微升、約1毫升至約20毫 升、約20毫升至約40毫升、約40毫升至約60毫升、約60毫升至約80毫升、約80毫升至 約100毫升，但不限于這些示例性范圍。在所列舉的體積中間的示例性體積也是本發(fā)明的 部分。
[0252] 在示例性實(shí)施方式中，供給通道2212可以以沉積物的形式提供液體材料，所述沉 積物被提供為與旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)2216接觸或在附近。在示例性實(shí)施方式中，供給通道2212可以 提供不斷補(bǔ)充的沉積物。在示例性實(shí)施方式中，供給通道2212在旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)2216運(yùn)行期間 可以向其提供一次性的、間歇的或連續(xù)的液體材料供給。通過(guò)供給通道2212提供的液體材 料的示例性加料速率范圍可以從約0. 01毫升每分鐘至約100毫升每分鐘，但加料速率不限 于該示例性范圍。一些示例性的加料速率包括但不限于約〇. 01毫升每分鐘至約1毫升每 分鐘、約1暈升每分鐘至約20暈升每分鐘、約20暈升每分鐘至約40暈升每分鐘、約40暈 升每分鐘至約60毫升每分鐘、約60毫升每分鐘至約80毫升每分鐘、約80毫升每分鐘以及 類似速率。在所列舉的速率中間的示例性加料速率也是本發(fā)明的部分。
[0253] 在示例性實(shí)施方式中，供給通道2212可以以一個(gè)或多個(gè)液滴的形式提供液體材 料，所述液滴在旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)2216附近的第一末端2214頂部形成。在示例性實(shí)施方式中，供 給通道2212可以提供不斷補(bǔ)充的液滴。在示例性實(shí)施方式中，供給通道2212在旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu) 2216運(yùn)行期間可以向其提供一次性的、間歇的或連續(xù)的液體材料供給。通過(guò)供給通道2212 提供的液體材料的示例性加料速率范圍可以在約〇. 01毫升每分鐘至約100毫升每分鐘，但 加料速率不限于該示例性范圍。一些示例性的加料速率包括但不限于約〇. 01毫升每分鐘 至約1毫升每分鐘、約1毫升每分鐘至約20毫升每分鐘、約20毫升每分鐘至約40毫升每 分鐘、約40暈升每分鐘至約60暈升每分鐘、約60暈升每分鐘至約80暈升每分鐘、約80暈 升每分鐘以及類似速率。在所列舉的速率中間的示例性加料速率也是本發(fā)明的部分。
[0254] 所述示例性的微型化纖維形成裝置2200可以包括一個(gè)或多個(gè)微型化旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu) 2216,其安置在位于所述供給通道2212近端2214附近的主體部分2202的空腔2206內(nèi)。 示例性的旋轉(zhuǎn)速度范圍可以從約lOOrpm至約500,000rpm，但旋轉(zhuǎn)速度不限于該示例性 的范圍。運(yùn)行本發(fā)明裝置以形成纖維的足夠的旋轉(zhuǎn)速度和時(shí)間可以取決于材料的濃度和 所形成纖維的想要的特征。采用旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的示例性裝置可以在約1，〇〇〇rpm-50, OOOrpm、 約 1, OOOrpm 至約 40, OOOrpm、約 1, OOOrpm 至約 20, OOOrpm、約 5, 000rpm-20, OOOrpm、 約 5,000rpm 至約 15,000rpm 或約 1,000、1，500、2,000、2,500、3,000、3,500、4,000、 4, 500、5, 000、5, 500、6, 000、6, 500、7, 000、7, 500、8, 000、8, 500、9, 000、9, 500、10, 000、 10, 500、11，000、11，500、12, 000、12, 500、13, 000、13, 500、14, 000、14, 500、15, 000、15, 500、 16, 000、16, 500、17, 000、17, 500、18, 000、18, 500、19, 000、19, 500、20, 000、20, 500、21，000、 21，500、22,000、22,500、23,000、23,500 或約 24,000rpm 的速度下旋轉(zhuǎn)。在上面列舉的 范圍和數(shù)值中間的范圍和數(shù)值也為本發(fā)明的部分。例如，約l〇,〇〇〇rpm-15,OOOrpm或 8, 000rpm-12, OOOrpm的旋轉(zhuǎn)速度被本發(fā)明的方法涵蓋。在一個(gè)實(shí)施方式中，采用旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 的裝置可以在大于約1，OOOrpm、大于約1，500rpm、大于約2, OOOrpm、大于約2, 500rpm、大于 約3, OOOrpm、大于約3, 050rpm、大于約3, lOOrpm、大于約3, 150rpm、大于約3, 200rpm、大于 約3, 250rpm、大于約3, 300rpm、大于約3, 350rpm、大于約3, 400rpm、大于約3, 450rpm、大于 約3, 500rpm、大于約3, 550rpm、大于約3, 600rpm、大于約3, 650rpm、大于約3, 700rpm、大于 約3, 750rpm、大于約3, 800rpm、大于約3, 850rpm、大于約3, 900rpm、大于約3, 950rpm或大 于約4, OOOrpm的速度下旋轉(zhuǎn)。
[0255] 可以旋轉(zhuǎn)示例性的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)沖擊液體材料一段足以形成想要的纖維的時(shí)間，諸 如，例如，約1分鐘至約100分鐘、約1分鐘至約60分鐘、約10分鐘至約60分鐘、約30分 鐘至約60分鐘、約1分鐘至約30分鐘、約20分鐘至約50分鐘、約5分鐘至約20分鐘、約 5分鐘至約30分鐘或約15分鐘至約30分鐘、約5-100分鐘、約10-100分鐘、約20-100分 鐘、約 30-100 分鐘或約 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、 23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、 48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69、70、71、72、 73、74、75、76、77、78、79、80、81、82、83、84、85、86、87、88、89、90、91、92、93、94、95、96、97、 98、99、100分鐘或更長(zhǎng)。在上面列舉的數(shù)值中間的時(shí)間和范圍也是本發(fā)明的部分。
[0256] 可以任意合適的方式設(shè)置旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)2216,使得在旋轉(zhuǎn)時(shí)所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)2216接觸 在供給通道2212第一末端2214供給的液體材料的表面，以傳遞足夠的力或能量，從而在旋 轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)2216接觸液體材料表面的位置產(chǎn)生彎月面。通過(guò)所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)2216所傳遞的力或 能量也使所述彎月面處的部分液體材料脫離，并將所述部分甩離與所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)2216的 接觸和甩離所述供給通道2212的第一末端2214,由此形成微米、亞微米和/或納米尺寸的 纖維。在示例性實(shí)施方式中，所述液體材料甩出的方向可以與旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)接觸液體材料的點(diǎn) 運(yùn)動(dòng)的切線方向基本相同。所述纖維可以通過(guò)所述孔口 2208離開(kāi)裝置的主體部分2202,并 進(jìn)入所述體腔。
[0257] 在圖22示出的所述示例性實(shí)施方式中，旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)2216可以具有中芯軸2220,其可 以以順時(shí)針和/或反時(shí)針的方式繞旋轉(zhuǎn)中軸R旋轉(zhuǎn)。在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，芯軸2220 可以具有基本上圓柱形的形狀，截面基本上圓形，具有沿旋轉(zhuǎn)軸R取向的中心。旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu) 2216也可以包括一個(gè)或多個(gè)固定在旋轉(zhuǎn)芯軸2220外表面上的突出物2222,例如，以葉片、 刷子、刷毛等形式的。示例性的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)可以包括任意適宜數(shù)量的固定至芯軸2220的突出 物2222,包括但不限于一個(gè)突出物至100, 000個(gè)突出物。一些示例性的突出物數(shù)量包括1、 2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、 30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、約 50 至約 100、 約100至約200、約200至約300、約300至約400、約400至約500以及類似數(shù)量。在所列 舉的示例性數(shù)量中間的示例性的突出物數(shù)量也是本發(fā)明的部分?？梢栽谛据S2220上以任 意合適的排列設(shè)置所述突出物2222,包括但不限于有規(guī)律的多行或多列排列、陣列排列、環(huán) 形排列、無(wú)規(guī)排列以及類似排列。圖38中為了說(shuō)明的目的描繪了包含單個(gè)突出物的旋轉(zhuǎn)結(jié) 構(gòu)-例如芯棒（mandrel)-的示例性中芯軸。
[0258] 每個(gè)突出物2222可以具有任意適宜形狀，包括但不限于基本上矩形的突出物、鋸 齒形突出物（其在芯軸上的突出物底部比離所述芯軸最遠(yuǎn)的頂部更寬）以及類似形狀的突 出物。在高旋轉(zhuǎn)速度下和/或在破碎的突出物可能損害所述纖維純度的情形中，鋸齒形可 以為所述突出物提供增強(qiáng)的結(jié)構(gòu)完整性，并可以防止旋轉(zhuǎn)期間突出物的折斷。
[0259] 每個(gè)突出物2222可以具有任意合適的高度（垂直于所述旋轉(zhuǎn)軸R沿突出物從所 述突出物底部到其頂部量取，表示為H)，包括但不限于約1納米至約10厘米。一些示例性高 度可以包括但不限于 〇· lcm、0. 2cm、0. 3cm、0. 4cm、0. 5cm、0. 6cm、0. 7cm、0. 8cm、0. 9cm、lcm、 2cm、3cm、4cm、5cm、6cm、7cm、8cm、9cm、10cm以及類似數(shù)值。在上面列舉的示例性數(shù)值中間的 示例性高度也是本發(fā)明的部分。
[0260] 每個(gè)突出物2222可以具有任意合適的長(zhǎng)度（沿所述旋轉(zhuǎn)軸R量取，表示為L(zhǎng))，包 括但不限于約1納米至約50厘米。一些示例性長(zhǎng)度可以包括但不限于0. 1、0. 2、0. 3、0. 4、 0·5、0·6、0·7、0·8、0·9、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、 23、 24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、 48、 49、50cm以及類似數(shù)值。在上面列舉的示例性數(shù)值中間的示例性長(zhǎng)度也是本發(fā)明的部 分。
[0261] 每個(gè)突出物2222可以具有任意合適的寬度（量取為所述突出物的厚度），包括但 不限于約1納米至約50厘米。一些示例性寬度可以包括但不限于0. 1、0. 2、0. 3、0. 4、0. 5、 0·6、0·7、0·8、0·9、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、 24、 25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、 49、 50cm以及類似數(shù)值。在上面列舉的示例性數(shù)值中間的示例性寬度也是本發(fā)明的部分。
[0262] 在示例性實(shí)施方式中，突出物2222可以穿入所述液體材料的表面至任意合適的 深度以形成纖維，包括但不限于約1納米至約1厘米。一些示例性的穿入深度包括但不限 于約1毫米至約20毫米、約20毫米至約40毫米、約40毫米至約60毫米、約60毫米至約 80毫米、約80毫米至約100毫米、約1厘米以及類似數(shù)值。在上面列舉的示例性數(shù)值中間 的示例性穿入深度也是本發(fā)明的部分。
[0263] 在一些示例性實(shí)施方式中，所述突出物的所述寬度與所述高度的示例性寬高比范 圍可以從約1:1至約100:1。一些示例性的寬高比可以包括但不限于1:1、5:1、10:1、15:1、 20:1、25:1、30:1、35:1、40:1、45:1、50:1、55:1、60:1、65:1、70:1、75:1、80:1、85:1、90:1、 95:1、100:1以及類似比例。在上面列舉的示例性數(shù)值中間的示例性寬高比也是本發(fā)明的部 分。
[0264] 突出物2222可以由任意適宜材料形成，包括但不限于鈦、不銹鋼（例如，300和 400 合金）、鋁（例如，6061、7075)、聚苯乙烯、聚丙烯（例如UHMW、HDPE、LDPE)、ABS、縮醛 (共聚物和均聚物）、尼龍、聚碳酸酯、聚醚醚酮、聚甲基丙烯酸甲酯、聚砜、聚四氟乙烯、聚 氯乙烯以及類似材料。
[0265] 所述示例性的微型化纖維形成裝置2200可以包括使所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)2216繞所述旋 轉(zhuǎn)軸R旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)發(fā)生器（未畫(huà)出）。所述運(yùn)動(dòng)發(fā)生器可以用于控制旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)2216運(yùn)動(dòng)的 一個(gè)或多個(gè)方面，包括但不限于啟動(dòng)和停止所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)、所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)啟動(dòng)和停止的時(shí) 機(jī)、設(shè)定和/或改變旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的速度、設(shè)定和/或改變旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)軸R相對(duì)于所述裝置 其余部分的取向，以及類似方面。在示例性實(shí)施方式中，當(dāng)所述裝置運(yùn)行時(shí)，這些方面可以 由使用者實(shí)時(shí)控制。在另一示例性實(shí)施方式中，這些方面也可以以預(yù)編程的方式控制，其中 所述運(yùn)動(dòng)發(fā)生器預(yù)編程有如何控制所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的指令。示例性的運(yùn)動(dòng)發(fā)生器包括但不限 于電動(dòng)馬達(dá)、氣動(dòng)馬達(dá)、微動(dòng)馬達(dá)（microdrive motor)、牙鉆以及類似物。示例性的運(yùn)動(dòng)發(fā) 生器可以連接至一個(gè)或多個(gè)用于從所述體腔外部供給電力至所述運(yùn)動(dòng)發(fā)生器的具有導(dǎo)電 性導(dǎo)線的導(dǎo)管。所述導(dǎo)管也可以用于傳導(dǎo)，例如，以電力信號(hào)、光學(xué)信號(hào)或以其它信號(hào)編碼 的控制指令，以控制運(yùn)動(dòng)發(fā)生器的不同方面。
[0266] 在示例性實(shí)施方式中，可以單次啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)2216。在另一示例性實(shí)施方式中，可 以在兩個(gè)或更多個(gè)分開(kāi)的時(shí)間段啟動(dòng)和旋轉(zhuǎn)所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)2216,或者連續(xù)進(jìn)行。
[0267] 在示例性實(shí)施方式中，所述運(yùn)動(dòng)發(fā)生器可以不改變旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)軸R相對(duì)于裝 置其余部分的定向，以使得裝置形成基本上沿相同方向排列的纖維。在另一示例性實(shí)施方 式中，運(yùn)動(dòng)發(fā)生器可以一次或多次改變旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)軸R相對(duì)于裝置其余部分的定向。 這調(diào)節(jié)突出物2222傳遞力至所述液體材料的方向，并導(dǎo)致纖維基本上沿兩個(gè)或更多個(gè)方 向形成。可以設(shè)置基本上沿兩個(gè)或更多個(gè)方向形成的纖維以形成想要的多纖維結(jié)構(gòu)，例如， 網(wǎng)、墊、支架等，具有在重疊的纖維之間的想要的間距。
[0268] 在示例性實(shí)施方式中，運(yùn)動(dòng)發(fā)生器可以使旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)移動(dòng)至更靠近或更遠(yuǎn)離所述供 給通道2212的第一末端2214,以使得突出物2222穿入所述液體材料的深度分別增加或減 小。
[0269] 在示例性實(shí)施方式中，所述運(yùn)動(dòng)發(fā)生器可以是微型化的。例如，運(yùn)動(dòng)發(fā)生器可以安 置在裝置2200的所述插入部分2210內(nèi)。在另一示例性實(shí)施方式中，運(yùn)動(dòng)發(fā)生器可以是非微 型化的，且可以從體腔外部遠(yuǎn)程控制旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)2216的運(yùn)動(dòng)，例如，通過(guò)電纜或旋轉(zhuǎn)桿。延伸 在外部運(yùn)動(dòng)發(fā)生器與插入體腔的運(yùn)動(dòng)發(fā)生器之間的示例性的桿可以由醫(yī)用級(jí)不銹鋼（例 如，316合金）形成。因此，更大的和更強(qiáng)力的運(yùn)動(dòng)發(fā)生器也可以用于使用微型化旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu) 2216在小體腔內(nèi)部紡絲纖維。
[0270] 示例性的微型化纖維形成裝置2200可以包括一個(gè)或多個(gè)可以是微型化的或非微 型化的收集裝置。收集裝置可以是固定的或可以旋轉(zhuǎn)方式、線性方式或旋轉(zhuǎn)和線性運(yùn)動(dòng)組 合的方式運(yùn)動(dòng)。所述收集裝置可以是惰性物體或活組織。在用于腹腔鏡手術(shù)的示例性微型 化裝置中，示例性收集裝置可以是傷口、肌肉或任何其它體腔或器官。在所述收集裝置是動(dòng) 物體內(nèi)的空腔的示例性實(shí)施方式中，空腔可以擴(kuò)張以創(chuàng)建外科手術(shù)工作的空間，并構(gòu)建所 述外科手術(shù)的想要的環(huán)境條件。在示例性實(shí)施方式中，所述空腔可以使用一種或多種氣體， 例如，二氧化碳，或使用一個(gè)或多個(gè)機(jī)械組件，例如，可膨脹微球、可膨脹桿進(jìn)行擴(kuò)張。
[0271] 足夠小以適合在人手掌心中的另外的示例性微型化裝置描繪于圖37、39和40中。 圖37提供示例性纖維形成裝置的透視圖，其中回轉(zhuǎn)馬達(dá)（電動(dòng)的或氣動(dòng)的）連接至伸出一 個(gè)或許多刷毛的芯軸。聚合物溶液加料至刷毛路徑，產(chǎn)生微米或納米尺寸的纖維。圖39提 供圖37描述的示例性纖維形成裝置的側(cè)視圖，其顯示能夠調(diào)整用于提供所述聚合物溶液 的管子，從而改變所述刷毛穿入所述聚合物液滴的深度。圖40提供圖37描述的所述示例 性纖維形成裝置的等距視圖，其中，能夠調(diào)整用于提供所述聚合物溶液的管子以改變刷毛 穿入聚合物液滴的深度。
[0272] 在一些示例性實(shí)施方式中，可以將氣體引入液體材料以促進(jìn)在液體材料上形成彎 月面，進(jìn)而促進(jìn)旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)使部分液體材料的脫離和甩出。示例性氣體包括但不限于空氣、二 氧化碳以及類似氣體。在示例性實(shí)施方式中，在將所述液體材料供入所述裝置之前，例如， 通過(guò)所述液體材料的碳酸化，可以將所述氣體引入所述液體材料。在另一示例性實(shí)施方式 中，微型化纖維形成裝置2200可以包括將氣體從體腔外部引入液體材料的氣體供給通道 (未畫(huà)出）。在示例性實(shí)施方式中，氣體供給通道在裝置運(yùn)行期間可以提供一次性的、間歇 的或連續(xù)的氣體供給。氣體供給通道的外徑可以適當(dāng)?shù)男∫员悴迦肷眢w內(nèi)，例如，通過(guò)導(dǎo)管 或所述身體的開(kāi)口插入。鄰近體腔的所述氣體供給通道的第一末端可以開(kāi)在所述供給通道 2212第一末端2214附近之上或其中，以將所述氣體引入所述液體材料。遠(yuǎn)離所述體腔的氣 體供給通道的第二端可以連接至另一氣體供給通道或容納所述氣體的存儲(chǔ)裝置。所述氣體 可以在旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)2216傳遞力至所述液體材料表面之前或期間引入所述液體材料以形成纖 維。
[0273] 在一些示例性實(shí)施方式中，可以將一種或多種試劑引入所述液體材料，以便所得 到的纖維包含所述試劑。示例性試劑包括但不限于任意合適的生物學(xué)活性試劑，例如親脂 肽、脂質(zhì)、核苷酸、蛋白質(zhì)、藥物、藥學(xué)活性試劑、殺生物劑、抗微生物劑以及類似試劑。在示 例性實(shí)施方式中，在將所述液體材料供入所述裝置之前可以將試劑引入所述液體材料。在 另一示例性實(shí)施方式中，微型化纖維形成裝置2200可以包括試劑供給通道（未畫(huà)出），用于 在纖維形成之前或期間將試劑從所述體腔外部引入所述液體材料的。
[0274] 插入體腔的示例性微型化纖維形成裝置的組件通常在插入體腔之間消毒。在示例 性實(shí)施方式中，示例性的微型化纖維形成裝置的可插入組件，或整個(gè)示例性的微型化纖維 形成裝置，可由可被消毒而不降解的材料形成，例如，通過(guò)高壓滅菌、使用紫外光、使用氧化 乙烯消毒等。
[0275] 示例性的微型化纖維形成裝置的小尺寸允許插入體腔內(nèi)，例如，通過(guò)傷口、手術(shù)切 口、導(dǎo)管、接口或主動(dòng)脈。示例性裝置可以用于器官或組織的體內(nèi)制造。示例性裝置可以用 于構(gòu)建圓柱形器官、空腔填充組織、器官帶（organ banding)等。示例性裝置可以用于組織 結(jié)構(gòu)的模塊化組裝。組織或器官的各個(gè)部分可以使用示例性裝置從不同的位置或在不同的 時(shí)間組裝。
[0276] 示例性的微型化纖維形成裝置可以具有許多應(yīng)用，包括但不限于閉合傷口、腹腔 鏡手術(shù)、器官或組織的體內(nèi)制造、外科應(yīng)用的微型化、蛋白質(zhì)纖維的批量制造、超強(qiáng)蛋白質(zhì) 纖維的批量制造、用于體外組織工程應(yīng)用的生物功能纖維支架、用于體內(nèi)組織工程應(yīng)用的 生物功能纖維支架、生物功能縫合線、超強(qiáng)纖維和織物制造、生物功能蛋白質(zhì)或聚合物過(guò)濾 器、防護(hù)服或覆蓋物等。
[0277] 示例性的微型化纖維形成裝置可以用于非醫(yī)學(xué)或生物學(xué)應(yīng)用，諸如在高性能體育 或軍事裝備上的纖維增強(qiáng)的小型空腔、超小型纖維結(jié)構(gòu)，或大型精細(xì)結(jié)構(gòu)，其中所述結(jié)構(gòu)的 非常小的中斷對(duì)于輸送纖維涂料是必要的。示例性裝置可以改成家用的或?yàn)榭啥ㄖ频膫?敷料或織物而向前可展開(kāi)地制造纖維的手持裝置。
[0278] V.示例性的手持纖維形成裝置
[0279] 示例性實(shí)施方式提供使用一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的用于形成微米、亞微米和/或納 米尺寸纖維的手持系統(tǒng)和裝置。
[0280] 在示例性實(shí)施方式中，圖22的所述示例性裝置2200可以用于以手持方式形成纖 維?？梢栽O(shè)置被使用者握緊的所述插入部分2210,以便以想要的方向和定向引導(dǎo)所述主體 部分2202形成纖維。所述裝置2200的所述示例性特征參照?qǐng)D22進(jìn)行描述。
[0281] 在示例性實(shí)施方式中，所述手持裝置2200可以是微型化裝置。在另一示例性實(shí)施 方式中，所述手持裝置2200可以是非微型化裝置。
[0282] 在一些示例性實(shí)施方式中，旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)可以包括一個(gè)或多個(gè)固定至所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu) 外表面的突出物。運(yùn)行本發(fā)明裝置以形成纖維的足夠的旋轉(zhuǎn)速度和時(shí)間可以取決于所述 材料的濃度和所形成的纖維的想要的特征。所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的示例性旋轉(zhuǎn)速度范圍可以從 約lOOrpm至約500,000rpm，但旋轉(zhuǎn)速度不限于該示例性的范圍。采用旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的某些 不例性裝置可以在約 1，000rpm-50, OOOrpm、約 1，OOOrpm 至約 40, OOOrpm、約 1，OOOrpm 至 約 20, OOOrpm、約 5, 000rpm-20, OOOrpm、約 5, OOOrpm 至約 15, OOOrpm 或約 1，000、1，500、 2, 000、2, 500、3, 000、3, 500、4, 000、4, 500、5, 000、5, 500、6, 000、6, 500、7, 000、7, 500、 8, 000、8, 500、9, 000、9, 500、10, 000、10, 500、11，000、11，500、12, 000、12, 500、13, 000、 13, 500、14, 000、14, 500、15, 000、15, 500、16, 000、16, 500、17, 000、17, 500、18, 000、18, 500、 19, 000、19, 500、20, 000、20, 500、21，000、21，500、22, 000、22, 500、23, 000、23, 500 或約 24, OOOrpm的速度下旋轉(zhuǎn)。在上面列舉的范圍和數(shù)值中間的范圍和數(shù)值也為本發(fā)明的部分。 例如，約10, 〇〇〇rpm-15, OOOrpm或8, 000rpm-12, OOOrpm的旋轉(zhuǎn)速度被本發(fā)明所述方法涵 蓋。在一個(gè)實(shí)施方式中，采用旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的裝置可以在大于約1, OOOrpm、大于約l,500rpm、大 于約2, OOOrpm、大于約2, 500rpm、大于約3, OOOrpm、大于約3, 050rpm、大于約3, lOOrpm、大 于約3, 150rpm、大于約3, 200rpm、大于約3, 250rpm、大于約3, 300rpm、大于約3, 350rpm、大 于約3, 400rpm、大于約3, 450rpm、大于約3, 500rpm、大于約3, 550rpm、大于約3, 600rpm、大 于約3, 650rpm、大于約3, 700rpm、大于約3, 750rpm、大于約3, 800rpm、大于約3, 850rpm、大 于約3, 900rpm、大于約3, 950rpm或大于約4, OOOrpm的速度下旋轉(zhuǎn)。
[0283] 可以旋轉(zhuǎn)示例性的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)沖擊所述液體材料一段足以形成想要的纖維的時(shí)間， 諸如，例如，約1分鐘至約1〇〇分鐘、約1分鐘至約60分鐘、約10分鐘至約60分鐘、約30分 鐘至約60分鐘、約1分鐘至約30分鐘、約20分鐘至約50分鐘、約5分鐘至約20分鐘、約 5分鐘至約30分鐘或約15分鐘至約30分鐘、約5-100分鐘、約10-100分鐘、約20-100分 鐘、約 30-100 分鐘或約 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、 23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、 48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69、70、71、72、 73、74、75、76、77、78、79、80、81、82、83、84、85、86、87、88、89、90、91、92、93、94、95、96、97、 98、99、100分鐘或更長(zhǎng)。在上面列舉的數(shù)值中間的時(shí)間和范圍也是本發(fā)明的部分。
[0284] 在一些示例性實(shí)施方式中，旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)可以包括兩個(gè)或更多個(gè)相同類型的突出物， 例如，具有相同形狀和尺寸的突出物。在一些其它的示例性實(shí)施方式中，旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)可以包括 兩個(gè)或更多個(gè)不同類型的突出物，例如，具有不同形狀和/或不同尺寸的突出物。示例性突 出物可以穿入液體材料的表面至想要的穿入深度。示例性的穿入深度范圍可以從約1納米 至約1厘米，但不限于該范圍。一些示例性的穿入深度包括但不限于約1毫米至約20毫 米、約20毫米至約40毫米、約40毫米至約60毫米、約60毫米至約80毫米、約80毫米至 約100毫米、約1厘米以及類似數(shù)值。在上面列舉的示例性數(shù)值中間的示例性穿入深度也 是本發(fā)明的部分。
[0285] 每個(gè)突出物可以具有任意適宜形狀，包括但不限于基本上矩形的突出物、鋸齒形 突出物（其中在所述芯軸上的所述突出物的底部比離所述芯軸最遠(yuǎn)的頂部更寬），以及類 似形狀的突出物。在高旋轉(zhuǎn)速度下和/或在破碎的突出物可能損害所述纖維純度的情形 中，所述鋸齒形可以為所述突出物提供加強(qiáng)的結(jié)構(gòu)完整性，并可以防止旋轉(zhuǎn)期間所述突出 物的折斷。
[0286] 每個(gè)突出物可以具有任意合適的高度（垂直于所述旋轉(zhuǎn)軸R沿所述突出物從底部 到頂部量取，表示為H)，包括但不限于約1納米至約10厘米。一些示例性高度可以包括但 不限于 〇· lcm、0. 2cm、0. 3cm、0. 4cm、0. 5cm、0. 6cm、0. 7cm、0. 8cm、0. 9cm、lcm、2cm、3cm、4cm、 5cm、6cm、7cm、8cm、9cm、10cm以及類似數(shù)值。在上面列舉的示例性數(shù)值中間的示例性高度也 是本發(fā)明的部分。
[0287] 每個(gè)突出物可以具有任意合適的長(zhǎng)度（沿所述旋轉(zhuǎn)軸R量取，表示為L(zhǎng))，包括但 不限于約1納米至約50厘米。一些示例性長(zhǎng)度可以包括但不限于0. 1、0. 2、0. 3、0. 4、0. 5、 0·6、0·7、0·8、0·9、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、 24、 25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、 49、50cm以及類似數(shù)值。在上面列舉的示例性數(shù)值中間的示例性長(zhǎng)度也是本發(fā)明的部分。
[0288] 每個(gè)突出物可以具有任意合適的寬度（量取為所述突出物的厚度），包括但不限 于約1納米至約50厘米。一些示例性寬度可以包括但不限于0. 1、0. 2、0. 3、0. 4、0. 5、0. 6、 0·7、0·8、0·9、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、 25、 26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、 50cm以及類似數(shù)值。在上面列舉的示例性數(shù)值中間的示例性寬度也是本發(fā)明的部分。
[0289] 在突出物具有基本上圓錐形形狀的示例性實(shí)施方式中（其中圓錐的圓形面接觸 旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)），所述突出物的圓形面可以具有在約1微米至約50厘米的范圍的示例性直徑。 一些示例性直徑可以包括但不限于 〇. l、〇. 2、0. 3、0. 4、0. 5、0. 6、0. 7、0. 8、0. 9、1、2、3、4、5、 6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、 33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50cm 以及類似數(shù)值。在上面列 舉的示例性數(shù)值中間的示例性直徑也是本發(fā)明的部分。
[0290] 在其中突出物的矩形面接觸旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的示例性實(shí)施方式中，所述矩形面可以具有 在約1微米至約50厘米的范圍的示例性長(zhǎng)度和/或?qū)挾?。一些示例性長(zhǎng)度和/或?qū)挾瓤?以包括但不限于 〇· 1、〇· 2、0· 3、0· 4、0· 5、0· 6、0· 7、0· 8、0· 9、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、 13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、 38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50〇11以及類似數(shù)值。在上面列舉的示例性數(shù)值中 間的示例性長(zhǎng)度和/或?qū)挾纫彩潜景l(fā)明的部分。
[0291] 在示例性實(shí)施方式中，示例性突出物的高度與寬度或高度與長(zhǎng)度的高寬比范圍可 以從約1:1至約100:1。一些示例性的高寬比可以包括但不限于1:1、5:1、10:1、15:1、20:1、 25:1、30:1、35:1、40:1、45:1、50:1、55:1、60:1、65:1、70:1、75:1、80:1、85:1、90:1、95:1、 100:1以及類似比例。在上面列舉的示例性數(shù)值中間的示例性高寬比也是本發(fā)明的部分。
[0292] 示例性的突出物可以由任意適宜材料形成，包括但不限于鈦、不銹鋼（例如，300 和400合金）、鋁（例如，606U7075)、聚苯乙烯、聚丙烯、（例如UHMW、HDPE、LDPE)、ABS、縮 醛（共聚物和均聚物）、尼龍、聚碳酸酯、聚醚醚酮、聚甲基丙烯酸甲酯、聚砜、聚四氟乙烯、 聚氯乙烯以及類似材料。
[0293] 通過(guò)示例性的手持系統(tǒng)和裝置形成的示例性纖維直徑范圍可以從約1納米至約 100微米，但不限于該示例性范圍。
[0294] VI.現(xiàn)有裝置與示例性的纖維形成系統(tǒng)和裝置的設(shè)置
[0295] 現(xiàn)有系統(tǒng)和裝置可以設(shè)置和定制以包括示例性纖維形成裝置的一個(gè)或多個(gè)組件， 用于形成微米、亞微米和/或納米纖維。在示例性實(shí)施方式中，示例性的纖維形成裝置可以 連接至插入體腔的外科手術(shù)工具，并可以用于在體腔中形成纖維。
[0296] 在圖23示出的另一示例性實(shí)施方式中，示例性的纖維形成裝置或示例性的纖維 形成裝置的一個(gè)或多個(gè)組件可以連至現(xiàn)有系統(tǒng)，其可以布置在液體上和/或與液體接觸以 由所述液體形成纖維。示例性的現(xiàn)有系統(tǒng)可以包括但不限于舟、船、可以漂浮或提供在所述 液體上的平臺(tái)，可以在所述液體沉積物上行進(jìn)的交通工具，以及類似物。
[0297] 圖23示出示例性容器2300,其可以通過(guò)將一個(gè)或多個(gè)示例性旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)2302連至 所述容器2300的外表面，例如，所述容器2300的面2304而得以定制。可以為容器2300提 供一個(gè)或多個(gè)供給通道2308,以便一種或多種液體材料（例如，聚合物熔體、聚合物溶液以 及類似材料）可以供給至容器2300外部。在示例性實(shí)施方式中，供纖維形成的所述液體材 料的示例性體積在約1微升至約100升的范圍。一些示例性體積包括但不限于約1升至約 100升、約1升至約20升、約20升至約40升、約40升至約60升、約60升至約80升、約80 升至約100升，但不限于這些示例性范圍。在所列舉的體積中間的示例性體積也是本發(fā)明 的部分。
[0298] 在示例性實(shí)施方式中，容器2300,例如，舟或其它交通工具，可以漂浮或提供在液 體2306,例如，烴液體（例如，油）上。在所述容器2300運(yùn)行期間，聚合物材料可以通過(guò)供 給通道2308供給至液體2306。旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)2302--其可以接觸液體2306的表面--可以在 合適的速度并繞旋轉(zhuǎn)軸R旋轉(zhuǎn)，以便所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)2302的所述旋轉(zhuǎn)傳遞力至浮在液體2306 頂部的聚合物材料。這可以使得由聚合物材料形成纖維，如上面參照?qǐng)D1A-1C描述的。在 示例性實(shí)施方式中，纖維可以合適的二維結(jié)構(gòu)，例如，網(wǎng)、墊以及類似結(jié)構(gòu)形成，其在重疊纖 維之間的具有期望的間距。所述纖維結(jié)構(gòu)可以在重疊纖維之間的間距內(nèi)吸收部分或全部所 述液體2308。
[0299] 示例性的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)2302可以連接至傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)至旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)2302的運(yùn)動(dòng)發(fā)生器 (未畫(huà)出）。運(yùn)動(dòng)發(fā)生器也可以傳遞橫向運(yùn)動(dòng)至旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)2302，例如，從所述液體表面2306 降低和升高所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)、相對(duì)于液體表面2306改變旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)2302的旋轉(zhuǎn)軸R，以及類似 運(yùn)動(dòng)。示例性運(yùn)動(dòng)發(fā)生器可以連接至控制所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)的一個(gè)或多個(gè)方面的控制裝 置。示例性運(yùn)動(dòng)發(fā)生器可以連接至驅(qū)動(dòng)其運(yùn)動(dòng)的電源。
[0300] 在圖23所述示例性容器2300的示例性實(shí)施方式中，使用所述示例性的定制容器 2300可以清理滲漏在硬表面（例如，道路）或水體（例如，湖）上的不想要的液體（例如， 油）。例如，當(dāng)定制容器2300浮在水體上，所述供給通道2308可以供給聚合物材料至油的 表面，且附著于容器2300的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)2302可以運(yùn)行以由聚合物材料形成纖維。所形成的 纖維可以吸收浮在所述水體表面上的油，且可以隨后從水體表面除去，例如，使用網(wǎng)。
[0301] VII.示例性實(shí)施方式與空氣噴流-紡絲容器和氣翼的組合
[0302] 任意本發(fā)明所述示例性的纖維形成裝置、系統(tǒng)和方法可以與如2010年11月17日 申請(qǐng)的序列號(hào)61/414, 674的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)的圖8-12相關(guān)描述的空氣噴流-紡絲容器 組合使用，通過(guò)引用將其整個(gè)內(nèi)容以其實(shí)體方式合并于本文中。
[0303] 任意本發(fā)明所述示例性的纖維形成裝置、系統(tǒng)和方法可以與如2010年11月17日 申請(qǐng)的序列號(hào)61/414, 674的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)的圖13-17相關(guān)描述的氣翼組合使用，通過(guò) 引用將其整個(gè)內(nèi)容以其實(shí)體方式合并于本文中。
[0304] 任意本發(fā)明所述示例性的纖維形成裝置、系統(tǒng)和方法可以與如圖8-12相關(guān)描述 的空氣噴流-紡絲容器組合使用，并且與如2010年11月17日申請(qǐng)的序列號(hào)61/414, 674 的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)的圖13-17相關(guān)描述的氣翼組合物使用，通過(guò)引用將其整個(gè)內(nèi)容以其 實(shí)體方式合并于本文中。
[0305] VIII.示例性的微米、亞微米和納米尺寸纖維
[0306] 任意本文所述示例性的纖維形成裝置、系統(tǒng)和方法可以用于形成一根或多根微 米、亞微米和/或納米尺寸纖維。在一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明的所述裝置、系統(tǒng)和方法導(dǎo)致 具有約 15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、110、120、130、140、 150、160、170、180、190、200、210、220、230、240、250、260、270、280、290、300、310、320、33、 340、350、360、370、380、390、400、410、420、430、440、450、460、470、480、490、500、510、520、 530、540、550、560、570、580、590、600、610、620、630、640、650、660、670、680、690、700、710、 720、730、740、750、760、770、780、790、800、810、820、830、840、850、860、870、880、890、900、 910、920、930、940、950、960、970、980、990、1000納米，10、20、30、40或約50微米的直徑的微 米、亞微米和/或納米尺寸的聚合物纖維的制造。
[0307] 使用本發(fā)明方法和裝置形成的聚合物纖維可以具有任意長(zhǎng)度。一些示例性纖維長(zhǎng) 度可以包括但不限于lnm至約100nm、約1mm至約100mm、lcm至約100cm、1英尺至約100英 尺、1碼至約100碼以及類似長(zhǎng)度。在所列舉的長(zhǎng)度中間的示例性的纖維長(zhǎng)度也是本發(fā)明的 部分。
[0308] 在一個(gè)實(shí)施方式中，聚合物纖維的長(zhǎng)度取決于裝置運(yùn)行的時(shí)間長(zhǎng)度和/或加料至 系統(tǒng)的聚合物的量。此外，可以使用任何合適的工具將所述聚合物纖維切成想要的長(zhǎng)度。
[0309] 在本發(fā)明的實(shí)施方式中，形成多根微米、亞微米和/或納米尺寸的聚合物纖維。所 述多根微米、亞微米和/或納米尺寸的聚合物纖維可以具有相同直徑或不同直徑。在示例 性實(shí)施方式中，可以通過(guò)控制包括但不限于旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)速度、液體材料的濃度、液體材 料的粘度、液體材料的分子量、液體材料溶劑的揮發(fā)性以及類似因素的一個(gè)或多個(gè)因素設(shè) 定由示例性的纖維形成裝置、系統(tǒng)和方法形成的所述纖維的空間和層次結(jié)構(gòu)。
[0310] 在一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明所述方法導(dǎo)致多根排列的（例如，單軸排列的）的微 米、亞微米和/或納米尺寸聚合物纖維的制造。
[0311] 根據(jù)本文公開(kāi)的所述方法制造的所述纖維能夠用作，例如，細(xì)胞外基質(zhì)，和與細(xì)胞 一起也可以用于形成工程化組織。該組織不僅可用于假肢裝置的制造和再生醫(yī)學(xué)，而且對(duì) 于研究組織發(fā)育生物學(xué)和疾病病理學(xué)，以及在藥物發(fā)現(xiàn)和毒性試驗(yàn)中是有用的。本發(fā)明所 述纖維也可以與其它物質(zhì)，例如，治療劑組合，以便將該物質(zhì)輸送至所述聚合物纖維應(yīng)用或 植入的位置。根據(jù)本文公開(kāi)的所述方法制造的聚合物纖維也可以用于生產(chǎn)食品、膜和過(guò)濾 器。
[0312] 使用示例性的纖維形成裝置、系統(tǒng)和方法所形成的示例性纖維具有許多應(yīng)用和優(yōu) 點(diǎn)。例如，示例性的纖維形成裝置、系統(tǒng)和方法可用于從細(xì)胞外基質(zhì)蛋白直接創(chuàng)建三維組織 工程支架而沒(méi)有危害效應(yīng)和對(duì)蛋白質(zhì)生物活性的干擾。示例性的纖維形成裝置、系統(tǒng)和方 法可用于將活性細(xì)胞整合在這些微米和納米級(jí)聚合物支架內(nèi)以產(chǎn)生細(xì)胞包封的線，而使用 本領(lǐng)域公知的納米纖維制造技術(shù)是不可行的。示例性的纖維形成裝置、系統(tǒng)和方法可用于 從少量聚合物液體制造納米纖維組件。示例性的纖維形成裝置、系統(tǒng)和方法可用于從聚合 物熔體以及聚合物溶液制造納米纖維組件，這是由于本文公開(kāi)的所述裝置和方法不依賴于 溶液電導(dǎo)率。示例性的纖維形成裝置、系統(tǒng)和方法可用于從原位交聯(lián)聚合物溶液制造納米 纖維，這是由于本文公開(kāi)的所述方法和裝置制造納米纖維的速率高。
[0313] 在示例性實(shí)施方式中，通過(guò)示例性的纖維形成裝置、系統(tǒng)和方法所形成的纖維可 以接觸多個(gè)活細(xì)胞。示例性的纖維形成裝置和系統(tǒng)可以包括用于在纖維形成工藝之前和/ 或期間將活細(xì)胞加入材料和/或在纖維形成工藝之后將活細(xì)胞加入纖維的機(jī)構(gòu)?？梢允褂?的示例性的活性細(xì)胞包括但不限于干細(xì)胞、肌肉細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、上皮細(xì)胞以及 類似細(xì)胞。所述活細(xì)胞可以在所述纖維形成工藝之前、期間和/或之后與所述液體材料混 合以制造包封細(xì)胞的纖維?？梢耘囵B(yǎng)所述活細(xì)胞以制造活組織。所接觸的纖維可以在合適 的介質(zhì)中培養(yǎng)。
[0314] 在示例性實(shí)施方式中，通過(guò)示例性的纖維形成裝置、系統(tǒng)和方法所形成的纖維可 以接觸一種或多種生物學(xué)活性試劑。示例性的纖維形成裝置和系統(tǒng)可以包括用于在所述纖 維形成工藝之前和/或期間將試劑加入材料中和/或在所述纖維形成工藝之后將試劑加入 纖維的機(jī)構(gòu)?？梢允褂玫氖纠缘脑噭┌ǖ幌抻谟H脂肽、脂質(zhì)、核苷酸、蛋白質(zhì)、藥物、 殺生物劑、抗微生物劑以及類似試劑。所述試劑可以在所述纖維形成工藝之前、期間和/或 之后與所述液體材料混合以制造試劑覆蓋的纖維。所接觸的纖維可以設(shè)置成墊和/或網(wǎng)結(jié) 構(gòu)以形成微生物和生物防護(hù)織物。
[0315] 在示例性實(shí)施方式中，通過(guò)示例性的纖維形成裝置、系統(tǒng)和方法所形成的纖維可 以接觸一種或多種藥學(xué)活性試劑。示例性的纖維形成裝置和系統(tǒng)可以包括在所述纖維形成 工藝之前和/或期間將所述試劑加入材料和/或在纖維形成工藝之后將試劑加入纖維的機(jī) 構(gòu)。所述試劑可以在纖維形成工藝之前、期間和/或之后與所述液體材料混合以制造試劑 覆蓋的纖維。所接觸的纖維可以設(shè)置成墊和/或網(wǎng)結(jié)構(gòu)以形成微生物和生物防護(hù)織物。
[0316] 通過(guò)示例性裝置、系統(tǒng)和方法所形成的示例性的微米、亞微米和/或納米尺寸的 纖維可以具有任何合適的應(yīng)用，包括但不限于用于組織工程、治療劑的輸送、治療劑的控制 釋放、用于藥物輸送裝置、用于傷口敷料、用于酶固定、用于生物傳感器、形成膜、形成過(guò)濾 器、形成纖維、形成網(wǎng)、形成食品、形成藥品、形成化妝品、形成在體腔內(nèi)的纖維結(jié)構(gòu)，以及類 似應(yīng)用。
[0317] 用示例性纖維形成的墊、網(wǎng)和/或織造結(jié)構(gòu)可以用于非致命性武器，例如，網(wǎng)。
[0318] 示例性實(shí)施方式可以用于形成植入身體的纖維，例如，作為細(xì)胞輸送裝置?？芍踩?纖維的示例性應(yīng)用包括但不限于細(xì)胞輸送裝置、細(xì)胞穩(wěn)定裝置、生物起搏器等。使用示例性 的纖維形成裝置，天然聚合物、合成聚合物、蛋白質(zhì)纖維等可以用于形成線。所述線可以官 能化以有助于降低免疫反應(yīng)和提高細(xì)胞活力和融合。
[0319] 根據(jù)本文公開(kāi)的所述方法制造的所述纖維能夠用作，例如，細(xì)胞外基質(zhì)和，與細(xì)胞 一起，也可以用于形成工程化組織。該組織不僅對(duì)于假肢裝置的制造和再生醫(yī)學(xué)，而且對(duì)于 研究組織發(fā)育生物學(xué)和疾病病理學(xué)，以及在藥物發(fā)現(xiàn)和毒性試驗(yàn)中是有用的。本發(fā)明所述 纖維也可以與其它物質(zhì)，例如，治療劑組合，以便將該物質(zhì)輸送至所述聚合物纖維應(yīng)用或植 入的位置。根據(jù)本文公開(kāi)的所述方法制造的聚合物纖維也可以用于生產(chǎn)食品、膜和過(guò)濾器。
[0320] 在另一方面，本發(fā)明提供鑒定調(diào)節(jié)組織功能的化合物的方法。所述方法包括，提供 使用本發(fā)明所述裝置和根據(jù)本發(fā)明所述方法制造的組織；使所述組織與試驗(yàn)化合物接觸； 和確定在存在和不存在所述試驗(yàn)化合物時(shí)所述試驗(yàn)化合物對(duì)組織功能的影響，其中，與不 存在所述試驗(yàn)化合物時(shí)所述組織功能相比，存在所述試驗(yàn)化合物時(shí)所述組織功能的調(diào)節(jié)表 明所述試驗(yàn)化合物調(diào)節(jié)組織功能，由此鑒定調(diào)節(jié)組織功能的化合物。
[0321] 在另一方面，本發(fā)明提供鑒定對(duì)治療或預(yù)防組織疾病有用的化合物的方法。所述 方法包括，提供使用本發(fā)明所述裝置和根據(jù)本發(fā)明所述方法制造的組織；使所述組織與試 驗(yàn)化合物接觸；和確定在存在和不存在所述試驗(yàn)化合物時(shí)所述試驗(yàn)化合物對(duì)組織功能的影 響，其中，與不存在所述試驗(yàn)化合物時(shí)所述組織功能相比，存在所述試驗(yàn)化合物時(shí)所述組織 功能的調(diào)節(jié)表明所述試驗(yàn)化合物調(diào)節(jié)組織功能，由此鑒定對(duì)治療或預(yù)防組織疾病有用的化 合物。
[0322] 所述組織功能可以是與所述特定組織類型關(guān)聯(lián)的任何合適的生理活性，例如，生 物力學(xué)活性，例如，收縮性、細(xì)胞應(yīng)力、細(xì)胞腫脹和剛度，或電生理學(xué)活性。
[0323] 在一個(gè)實(shí)施方式中，所述方法包括對(duì)所述組織應(yīng)用刺激。
[0324] 在另一實(shí)施方式中，多個(gè)活組織同時(shí)接觸試驗(yàn)化合物。
[0325] 示例性的纖維形成裝置可以用于形成導(dǎo)熱性纖維，其可以用于傳導(dǎo)熱能，例如， 熱。示例性的纖維形成裝置可以用于形成磁活性纖維?？梢杂糜谛纬衫w維的磁活性材料包 括但不限于磁流體（磁性顆粒的膠體懸浮液）和導(dǎo)電聚合物的各種分散體。含有直徑大約 10納米的顆粒的磁流體、直徑約1-2微米的聚合物包封的磁性顆粒，和具有低于室溫的玻 璃化轉(zhuǎn)變溫度的聚合物是特別有用的。
[0326] 示例性的纖維形成裝置可以用于形成導(dǎo)電性纖維，其可以用于傳導(dǎo)電能，例如，作 為導(dǎo)線。所形成的纖維可以包括導(dǎo)電性顆粒，例如，金屬，如金的顆粒，其賦予所述纖維導(dǎo)電 性。在示例性實(shí)施方式中，用于形成纖維的材料溶液包括導(dǎo)電性顆粒。在另一示例性實(shí)施方 式中，當(dāng)所述纖維形成時(shí)和/或形成之后，導(dǎo)電性顆?？梢哉显谒隼w維中。可以用于形 成纖維的電活性材料的例子是聚合物，包括但不限于諸如聚苯胺和聚吡咯的導(dǎo)電聚合物、 離子導(dǎo)電聚合物，諸如磺化聚丙烯酰胺是相關(guān)的材料，以及電導(dǎo)體，諸如炭黑、石墨、碳納米 管、金屬顆粒和金屬涂覆的塑料或陶瓷材料。
[0327] 在示例性實(shí)施方式中，所述纖維可以具有固定電阻。在另一示例性實(shí)施方式中，所 述纖維可以具有可變電阻。在示例性實(shí)施方式中，可以調(diào)整纖維的結(jié)構(gòu)形態(tài)以改變電阻。例 如，在使用之前或在使用期間，所述纖維結(jié)構(gòu)可以擠壓在一起以增加所述導(dǎo)電顆粒的濃度， 其降低所述電阻，且反之亦然。
[0328] 通過(guò)示例性的纖維形成裝置形成的示例性導(dǎo)電纖維可以用于各種導(dǎo)電性的應(yīng)用， 包括但不限于提供有電力的集成電路、醫(yī)療設(shè)備等。
[0329] 根據(jù)本發(fā)明所述方法和使用本發(fā)明所述示例性裝置制造的一些示例性纖維結(jié)合 圖24-28和41-43示出和描述。然而，通過(guò)示例性實(shí)施方式形成的纖維不限于圖24-28和 41-43所示的所述說(shuō)明性實(shí)施方式。
[0330] 圖24A示出通過(guò)示例性的纖維形成裝置形成的具有約340. 5納米的示例性平均直 徑的纖維的掃描電子顯微鏡（SEM)圖像。所述纖維由在氯仿（CHC13)中含有以重量計(jì)約8% 的PLA的聚乳酸溶液形成。所述示例性纖維通過(guò)包括提供有鋸齒形突出物的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的示 例纖維形成裝置形成。
[0331] 圖24A示出的所述纖維的示例性平均直徑范圍從約150納米至約900納米和更 大。圖24B是對(duì)應(yīng)于圖24A所述纖維的柱狀圖，示出具有以納米計(jì)的不同平均纖維直徑（沿 X軸）的纖維的數(shù)量頻率（沿y軸）。所形成的所有纖維的所述平均直徑是約340. 5納米。
[0332] 圖25A示出通過(guò)示例性的纖維形成裝置形成的具有約416納米的示例性平均直徑 的纖維的掃描電子顯微鏡（SEM)圖像。所述纖維由聚乳酸（PLA)溶液形成，其包含溶于氯 仿（CHC1 3)和DMF(90:1)的以重量計(jì)約8%的PLA。所述示例性纖維通過(guò)示例性的纖維形 成裝置形成，其包括以約30, OOOrpm旋轉(zhuǎn)的具有鋸齒形突出物的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。
[0333] 圖25A示出的所述纖維的示例性平均直徑范圍從約150納米至約900納米和更 大。圖25B是對(duì)應(yīng)于圖25A所述纖維的柱狀圖，示出具有以納米計(jì)的不同平均纖維直徑（沿 X軸）的纖維的數(shù)量頻率（沿y軸）。所形成的所有纖維的平均直徑是約416納米。
[0334] 圖26示出使用圖3A-3C描述的示例性裝置制造的纖維的掃描電子顯微鏡（SEM) 圖像。所述纖維通過(guò)將聚合物溶液經(jīng)微通道連續(xù)加料至平臺(tái)（載玻片）形成。所述聚合物 溶液是聚乳酸（PLA)溶液，其含有在氯仿（CHC1 3)中的以重量計(jì)約8%的PLA。所述示例性 纖維通過(guò)示例性的纖維形成裝置形成，其包括以約SOOOrpm的平均旋轉(zhuǎn)速度連續(xù)旋轉(zhuǎn)的旋 轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。所描述的纖維具有約360納米的示例性平均直徑（具有約10納米的示例性平均 誤差范圍）。
[0335] 圖27示出使用圖3A-3C描述的所述示例性裝置制造的纖維的掃描電子顯微鏡 (SEM)圖像。所述纖維通過(guò)將聚合物溶液經(jīng)微通道連續(xù)加料至平臺(tái)（載玻片）形成。所述 聚合物溶液是聚環(huán)氧乙烷（ΡΕ0)溶液，其含有在水-乙醇混合物中的以重量計(jì)約2. 5%的 ΡΕ0。示例性纖維通過(guò)示例性的纖維形成裝置形成，其包括以約SOOOrpm的平均旋轉(zhuǎn)速度連 續(xù)旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。所描述的纖維具有約110納米的示例性平均直徑（具有約5納米的示 例性平均誤差范圍）。
[0336] 圖28示出通過(guò)示例性的纖維形成裝置由聚合物溶液形成的多個(gè)纖維的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 的頂視圖。所述聚合物溶液是聚乳酸（PLA)溶液，其含有在氯仿中的以重量計(jì)約8%的PLA。 所述示例性纖維通過(guò)示例性的纖維形成裝置形成，其包括以約60, OOOrpm連續(xù)旋轉(zhuǎn)約60秒 的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。由于高的制造速率，所述纖維密度相當(dāng)高，且產(chǎn)生由纖維形成的不透明網(wǎng)狀結(jié) 構(gòu)。
[0337] 圖41是使用高速攝像拍攝的多屏圖像序列，示出從單個(gè)刷毛制造聚合物纖維。 25mm的具有單個(gè)不銹鋼刷毛（直徑尺寸為350 μ m且距芯軸表面2mm)的中芯軸或芯軸在聚 合物液滴存在下旋轉(zhuǎn)。當(dāng)刷毛經(jīng)過(guò)所述液滴時(shí)，聚合物纖維得以制造。虛線表示刷毛的近 似位置。直箭頭表示所得到的聚合物纖維。所述彎箭頭表示旋轉(zhuǎn)方向。
[0338] 圖42是使用高速攝像拍攝的多屏圖像序列，示出從單個(gè)刷毛制造聚合物纖維。 25mm的具有單個(gè)不銹鋼刷毛（其直徑尺寸為350 μ m，距所述芯軸表面2mm)的芯軸在聚合 物液滴存在下旋轉(zhuǎn)。當(dāng)刷毛經(jīng)過(guò)液滴時(shí)制造出聚合物纖維。虛線表示刷毛的近似位置。直 箭頭表示所得到的聚合物纖維。彎箭頭表示旋轉(zhuǎn)方向。
[0339] 圖43描述所制造的聚合物纖維的示例性樣品。纖維由溶于氯仿的15%的聚苯乙 烯制造。多刷毛芯棒（multi-bristle mandrel)在通過(guò)從不銹鋼管補(bǔ)充聚合物保持尺寸一 致的聚合物液滴存在下以16, 000RPM旋轉(zhuǎn)，以制造取向的聚合物纖維。比例尺表示2cm。
[0340] IX.示例性實(shí)施方式在設(shè)定纖維表面紋理和孔隙率中的用途
[0341] 示例性實(shí)施方式可以用于創(chuàng)建具有想要的例如，粗糙、光滑等表面紋理的纖維。示 例性實(shí)施方式也可以用于創(chuàng)建具有想要的孔隙率，例如，具有想要的孔徑的纖維和/或多 纖維結(jié)構(gòu)（例如，網(wǎng)、墊等）。
[0342] 纖維表面紋理和孔隙率隨多種因素變化，包括但不限于傳遞至液體材料表面的 力、旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)穿入液體材料的深度、液體材料中溶劑的揮發(fā)性（其影響溶劑蒸發(fā)速率）、液 體材料的力學(xué)特性和當(dāng)其形成時(shí)圍繞所述纖維的所述氣氛濕度，以及類似因素。
[0343] 在示例性實(shí)施方式中，可以改變?nèi)軇┑念愋鸵愿淖內(nèi)軇]發(fā)性，以及由此帶來(lái)的 溶劑蒸發(fā)速率改變。材料溶液中溶劑的蒸發(fā)速率影響纖維的表面紋理和孔隙率。增加溶劑 蒸發(fā)速率通常導(dǎo)致更光滑的具有低孔隙率的纖維。具有更高揮發(fā)性的溶劑可以用于形成更 光滑的具有低孔隙率的纖維，且反之亦然。
[0344] 在示例性實(shí)施方式中，可以升高圍繞所述纖維的氣氛溫度以提高所述溶劑的蒸發(fā) 速率，反之亦然。更高的溫度可以用于形成更光滑的具有低孔隙率的纖維，反之亦然。在某 些實(shí)施方式中，纖維可以在示例性溫度，包括但不限于約20、21、22、23、24、25、26、27、28、29 或約30°C的環(huán)境中形成。
[0345] 在示例性實(shí)施方式中，可以降低圍繞纖維的氣氛濕度以提高溶劑的蒸發(fā)速率，反 之亦然。更低的濕度可以用于形成更光滑的具有低孔隙率的纖維，反之亦然。在某些實(shí)施 方式中，所述纖維可以在示例性濕度包括但不限于約30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、 40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、 65、66、67、68、69、70、71、72、73、74、75、76、77、78、79、80、81、82、83、84、85、86、87、88、89 或 約90%的濕度環(huán)境中形成。例如，將濕度從約30%升至約50%制得多孔纖維，而將濕度降 至約25%則制得光滑纖維。由于光滑纖維比多孔纖維具有更高的拉伸強(qiáng)度，在一個(gè)實(shí)施方 式中，在例如，變化約低于約10 %的濕度的受控濕度條件下，保持本發(fā)明所述裝置和進(jìn)行本 發(fā)明所述方法。
[0346] 在示例性實(shí)施方式中，可以設(shè)置示例性旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的所述突出物以增加所述液體材 料的噴流表面積，從而提高所述溶劑的蒸發(fā)速率，反之亦然。
[0347] 在一些示例性實(shí)施方式中，一個(gè)或多個(gè)上面所述因素可以組合調(diào)整以影響所述纖 維的所述表面紋理和孔隙率。
[0348] X.示例性的液體材料
[0349] 本發(fā)明所述纖維形成裝置、系統(tǒng)和方法可以用于由一系列材料制成纖維。示例性 材料在下面論述，包括合成聚合物，諸如聚乙烯、聚丙烯、聚乳酸等。在一些示例性實(shí)施方式 中，合成聚合物可以專門(mén)合成以具有沿主鏈上的一些區(qū)域，其可以被尖化用于特定的目的， 包括但不限于特殊鍵合、折疊、展開(kāi)等。示例性材料也可以包括天然聚合物，諸如殼聚糖、海 藻酸鹽、明膠等。示例性材料也可以包括天然產(chǎn)生的聚合物，例如，生物源聚合物，例如，能 夠原纖維形成的聚合物，例如，蛋白質(zhì)、多糖、脂質(zhì)、核酸或它們的組合。示例性材料也可以 包括其它適宜材料，例如，金屬或陶瓷材料。
[0350] 用于示例性實(shí)施方式的裝置和方法中的示例性生物源聚合物（例如纖維蛋白）包 括但不限于海藻酸鹽、絲（例如，絲素蛋白和絲膠等）、角蛋白（例如，α-角蛋白，其是毛 發(fā)、角和指甲的主要蛋白質(zhì)成分、β -角蛋白，其是鱗和爪的主要蛋白質(zhì)成分等）、彈性蛋白 (例如，彈性蛋白原等）、原纖維蛋白（例如，原纖維蛋白-1，其是微纖絲的主要成分、原纖維 蛋白-2,其是彈性纖維生成中的成分、原纖維蛋白_3,其被發(fā)現(xiàn)于大腦、原纖維蛋白-4,其 是彈性纖維生成中的成分等）、纖維蛋白原/纖維蛋白/凝血酶（例如，纖維蛋白原，其在 傷口愈合期間通過(guò)凝血酶轉(zhuǎn)化為纖維蛋白）、纖維連接蛋白、層粘連蛋白、膠原蛋白（例如， 膠原蛋白I，其被發(fā)現(xiàn)于皮膚、肌腱和骨；膠原蛋白II，其被發(fā)現(xiàn)于軟骨；膠原蛋白III，其被 發(fā)現(xiàn)于結(jié)締組織；膠原蛋白IV，其被發(fā)現(xiàn)于細(xì)胞外基質(zhì)蛋白；膠原蛋白V，其被發(fā)現(xiàn)于毛發(fā) 等）、波形蛋白、神經(jīng)絲（例如，輕鏈神經(jīng)絲NF-L、中鏈神經(jīng)絲NF-M、重鏈神經(jīng)絲NF-H等）、 微管（例如，α-微管蛋白、β-微管蛋白等）、淀粉樣蛋白（例如，α-淀粉樣蛋白、β-淀 粉樣蛋白等）、肌動(dòng)蛋白、肌球蛋白（例如，肌球蛋白I-XVII等）、肌聯(lián)蛋白，其是最為人熟 知的蛋白質(zhì)（也稱作連接蛋白）等。
[0351] 用于示例性實(shí)施方式的裝置和方法中的示例性生物源聚合物（例如纖維多糖）包 括但不限于殼多糖，其是節(jié)肢動(dòng)物外骨骼的主要成分、透明質(zhì)酸，其被發(fā)現(xiàn)于細(xì)胞外間隙和 軟骨（例如，D-葡萄糖醛酸，其是透明質(zhì)酸的成分、D-N-乙酰葡糖胺，其是透明質(zhì)酸的成分 等）等°
[0352] 用于示例性實(shí)施方式的裝置和方法中的示例性生物源聚合物--例，糖胺聚糖 (GAG)(發(fā)現(xiàn)于身體的糖聚合物）--包括但不限于建立細(xì)胞外基質(zhì)的硫酸類肝素、有助于 肌腱和韌帶強(qiáng)度的硫酸軟骨素、被發(fā)現(xiàn)于細(xì)胞外基質(zhì)的硫酸角蛋白等。
[0353] 任何合適的液體材料可以用于示例性實(shí)施方式以形成微米、亞微米和/或納米尺 寸的纖維。示例性材料可以包括聚合物，例如，任何天然產(chǎn)生的聚合物，包括但不限于蛋白 質(zhì)、多糖、脂質(zhì)、核酸或它們的組合；任何合成聚合物，包括但不限于聚酯、聚酰胺、聚烯烴、 聚碳酸酯、聚氨酯、聚羧酸；和/或任何無(wú)機(jī)聚合物，包括但不限于聚硅烷、有機(jī)硅、聚磷腈、 聚鍺燒（polygermane)等。其它示例性聚合物包括但不限于可生物相容的或非生物相容的 聚合物，例如，聚氨酯、聚硅氧烷或有機(jī)硅、聚乙烯、聚乙烯基吡咯烷酮、聚甲基丙烯酸2-羥 基乙酯、聚N-乙烯基吡咯烷酮、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚 (乙烯-co-乙酸乙烯酯）、聚乙二醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙交酯（PLA)、聚乙交酯（PGA)、 聚（丙交酯-共-乙交酯）、聚酸酐、聚磷腈、聚鍺燒（polygermane)、聚原酸酯、聚酯、聚酰 胺、聚烯烴、聚碳酸酯、聚芳酰胺、聚酰亞胺以及它們的共聚物和衍生物。
[0354] 示例性材料可以包括一種或多種金屬或合金，包括但不限于鈦、不銹鋼、鋁等。
[0355] 在本發(fā)明某些實(shí)施方式中，所述方法包括在所述聚合物纖維的制造工藝之前和/ 或期間，將生物學(xué)活性試劑，例如，多肽、蛋白質(zhì)、核酸分子、核苷酸、脂質(zhì)、殺生物劑、抗微生 物劑或藥學(xué)活性試劑與所述聚合物混合。
[0356] 在其它實(shí)施方式中，在所述聚合物纖維的制造工藝期間，多個(gè)活細(xì)胞與聚合物混 合。在這些實(shí)施方式中，可以使用可生物相容聚合物（水凝膠）。
[0357] 在一個(gè)實(shí)施方式中，用于本發(fā)明裝置和方法的聚合物可以是兩種或更多種聚合物 和/或兩種或更多種共聚物的混合物。在一個(gè)實(shí)施方式中，用于本發(fā)明裝置和方法的聚合 物可以是一種或多種聚合物和或多種共聚物的混合物。在另一實(shí)施方式中，用于本發(fā)明所 述裝置和方法的聚合物可以是一種或多種合成聚合物和一種或多種天然產(chǎn)生的聚合物的 混合物。
[0358] 在一個(gè)實(shí)施方式中，聚合物不是糖，例如，粗糖或蔗糖。在另一實(shí)施方式中，所述聚 合物不是棉花糖。
[0359] 在一個(gè)實(shí)施方式中，用于本發(fā)明所述方法的聚合物是合成聚合物。在一個(gè)實(shí)施方 式中，所述聚合物是可生物相容的。合適的可生物相容聚合物包括但不限于，例如，聚氨 酯、聚硅氧烷或有機(jī)硅、聚乙烯、聚乙烯基吡咯烷酮、聚甲基丙烯酸2-羥基乙酯、聚N-乙烯 吡咯烷酮、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚（乙烯-共-乙酸乙烯 酯）、聚乙二醇、聚甲基丙烯酸、聚丙交酯（PLA)、聚乙交酯（PGA)、聚（丙交酯-共-乙交酯） (PLGA)、聚酸酐、聚磷腈、聚鍺燒（polygermane)，和聚原酸酯，以及它們的共聚物和衍生物。
[0360] 在另一實(shí)施方式中，用于本發(fā)明所述聚合物纖維的聚合物不是可生物相容的。合 適的非可生物相容聚合物包括但不限于，例如，聚酯、聚酰胺、聚烯烴、聚碳酸酯、聚芳酰胺、 聚酰亞胺以及它們的共聚物和衍生物。
[0361] 在另一實(shí)施方式中，用于本發(fā)明所述聚合物纖維的聚合物是天然產(chǎn)生的聚合物。 這些天然產(chǎn)生的聚合物的非限制性例子包括，例如，多肽、蛋白質(zhì)，例如，能夠進(jìn)行原纖維形 成、多糖，例如海藻酸鹽、脂質(zhì)、核酸分子以及它們的組合。
[0362] 在一個(gè)實(shí)施方式中，使用單一聚合物制造本發(fā)明所述聚合物纖維。在另一實(shí)施方 式中，使用兩種、三種、四種、五種或更多種聚合物制造本發(fā)明所述聚合物纖維。在一個(gè)實(shí)施 方式中，用于本發(fā)明方法的聚合物可以是兩種或更多種聚合物和/或兩種或更多種共聚物 的混合物。在一個(gè)實(shí)施方式中，用于本發(fā)明所述方法的所述聚合物可以是一種或多種聚合 物和或多種共聚物的混合物。在另一實(shí)施方式中，用于本發(fā)明所述方法的所述聚合物可以 是一種或多種合成聚合物和一種或多種天然產(chǎn)生的聚合物的混合物。
[0363] 用于本發(fā)明所述方法的聚合物可以作為聚合物溶液供給至平臺(tái)。相應(yīng)地，本發(fā)明 所述方法可以進(jìn)一步包括在供給所述聚合物之前將所述聚合物溶于溶劑（例如，氯仿、水、 乙醇、異丙醇）。
[0364] 任選地，所述聚合物可以作為聚合物熔體供給至所述平臺(tái)，并因此，在一個(gè)實(shí)施方 式中，在適于融化所述聚合物的溫度下加熱支撐所述聚合物的平臺(tái)部分，例如，在約l〇〇°C 至約3001：、100-2001：、約 150-3001：、約 150-2501：或約 150-2001：或約100、105、110、115、 120、125、130、135、140、145、150、155、160、165、170、175、180、185、190、195、200、205、210、 215、220、225、230、235、240、245、250、255、260、265、270、275、280、285、290、295 或約 30(TC 的溫度下加熱。在所列舉的溫度中間的示例性的范圍和溫度也是本發(fā)明的部分。在該實(shí)施 方式中，所述平臺(tái)也可以包含加熱和/或融化所述聚合物的加熱元件。
[0365] 在一個(gè)實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明所述方法形成的所述聚合物纖維進(jìn)一步與試劑接 觸以制造或增加所述聚合物纖維中每表面單位面積所述孔尺寸或所述孔數(shù)量。
[0366] 根據(jù)本發(fā)明所述方法形成的聚合物纖維可以接觸另外的試劑，并且任選地在合適 的介質(zhì)，諸如組織培養(yǎng)介質(zhì)中培養(yǎng)。所述聚合物纖維與另外的試劑的接觸將允許所述試劑， 例如（完全地或部分地）涂覆所述纖維，或在例如細(xì)胞的情形中，嵌入纖維中。在所述聚合 物纖維制造期間，所述聚合物與另外的試劑的接觸也允許所述試劑被包含在聚合物纖維自 身內(nèi)。
[0367] 在一個(gè)實(shí)施方式中，多根聚合物纖維可以接觸，例如，種入多個(gè)活細(xì)胞，例如，血管 平滑肌細(xì)胞、肌肉細(xì)胞（例如，心肌細(xì)胞）、骨骼肌、肌成纖維細(xì)胞、氣道平滑肌細(xì)胞、成骨細(xì) 胞、成肌細(xì)胞、成神經(jīng)細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、成神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞、生殖細(xì)胞、肝細(xì)胞、軟骨細(xì)胞、角 質(zhì)形成細(xì)胞、結(jié)締組織細(xì)胞、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞、上皮細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞、激素分泌 細(xì)胞、免疫系統(tǒng)細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞和會(huì)分化成收縮細(xì)胞的細(xì)胞（例如，干細(xì)胞，例如，胚胎干細(xì) 胞或成人干細(xì)胞、祖細(xì)胞或衛(wèi)星細(xì)胞）。在一個(gè)實(shí)施方式中，用多個(gè)活細(xì)胞處理的聚合物纖 維可以在合適的介質(zhì)中體外培養(yǎng)。這些培養(yǎng)的細(xì)胞展現(xiàn)這些體內(nèi)細(xì)胞的特性和功能。所述 多個(gè)活性細(xì)胞可以包含一種或多種細(xì)胞，諸如2009年10月09日申請(qǐng)的、名稱為"Tissue Engineered Mycocardium and Methods of Productions and Uses Thereof，'的美國(guó)臨時(shí) 申請(qǐng)61/306, 736和PCT申請(qǐng)PCT/US09/060224中描述的，其每一個(gè)的全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用合 并于本文中。
[0368] 所述細(xì)胞可以是正常細(xì)胞、異常細(xì)胞（例如，來(lái)自病變組織的那些，或經(jīng)生理學(xué)或 遺傳學(xué)改造以實(shí)現(xiàn)異常的或病理學(xué)的表型或功能的那些）、衍生自胚胎干細(xì)胞或誘導(dǎo)多潛 能干細(xì)胞的正常的或病變的肌肉細(xì)胞。
[0369] 所述術(shù)語(yǔ)"祖細(xì)胞"在本文中用來(lái)指相對(duì)于其所分化形成的細(xì)胞具有更原始（例 如，在沿發(fā)育途徑或歷程的比完全分化的細(xì)胞更早的步驟）的細(xì)胞表型的細(xì)胞。通常，祖細(xì) 胞也具有顯著的或非常高的增殖潛能。祖細(xì)胞能夠引起多個(gè)不同的分化細(xì)胞類型或單一分 化細(xì)胞類型，取決于所述發(fā)育途徑和所述細(xì)胞發(fā)育和分化所處的環(huán)境。
[0370] 術(shù)語(yǔ)"祖細(xì)胞"在本文中用作"干細(xì)胞"的同義詞。
[0371] 術(shù)語(yǔ)"干細(xì)胞"在本文中用來(lái)指能夠增殖和產(chǎn)生更多祖細(xì)胞的未分化的細(xì)胞，所述 祖細(xì)胞具有產(chǎn)生大量母細(xì)胞的能力，所述母細(xì)胞能夠接著產(chǎn)生分化的或可分化的子細(xì)胞。 所述子細(xì)胞自身可以被誘導(dǎo)以進(jìn)行增殖，以及產(chǎn)生隨后可以分化成一個(gè)或多個(gè)成熟細(xì)胞類 型的下一代，同時(shí)也保持一個(gè)或多個(gè)細(xì)胞具有親代的發(fā)育潛能。所述術(shù)語(yǔ)"干細(xì)胞"指在特 定情況下有能力或潛能分化成更特異化或更加分化的表型的祖細(xì)胞子集，并且其保持在某 些情況下增殖而基本上不分化的能力。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述術(shù)語(yǔ)干細(xì)胞通常指天然產(chǎn) 生的母細(xì)胞，其后代（下一代）往往通過(guò)分化而在不同方向上發(fā)生特化，例如，通過(guò)獲得完 整的個(gè)體特征，如在胚胎細(xì)胞和組織的逐漸異化（diversification)中所發(fā)生的。細(xì)胞分化 通常是通過(guò)許多細(xì)胞分裂發(fā)生的復(fù)雜過(guò)程。分化細(xì)胞可以衍生自多功能細(xì)胞，其自身來(lái)自 于多功能細(xì)胞，諸如此類。雖然每個(gè)這些多功能細(xì)胞可以被認(rèn)為是干細(xì)胞，但每個(gè)能夠產(chǎn) 生的細(xì)胞類型范圍可以相當(dāng)大地變化。一些分化細(xì)胞也有能力產(chǎn)生具有更大發(fā)育潛能的細(xì) 胞。該能力可以是天然的或可以是通過(guò)用各種因素處理人工誘導(dǎo)的。在許多生物學(xué)實(shí)例 中，干細(xì)胞也是"多功能的"，因?yàn)樗鼈兡軌虍a(chǎn)生具有多于一個(gè)的不同細(xì)胞類型的下一代，但 這不需要"干細(xì)胞特性（sternness)"。自我更新（Self-renewal)是所述干細(xì)胞定義的其它 經(jīng)典部分。理論上，自我更新能夠通過(guò)兩個(gè)主要機(jī)理之一發(fā)生。干細(xì)胞可以不對(duì)稱分裂，一 個(gè)子代保持所述干細(xì)胞狀態(tài)（stem state)，而另一個(gè)子代表達(dá)有些不同的其它特定功能和 表型。任選地，種群中的一些所述干細(xì)胞能夠?qū)ΨQ分裂成兩個(gè)干細(xì)胞，因此整體上在種群中 保持了一些干細(xì)胞，而種群中的其它細(xì)胞僅產(chǎn)生分化的下一代。從形式上講，作為干細(xì)胞開(kāi) 始的細(xì)胞有可能朝分化的表型前進(jìn)，但隨后"逆轉(zhuǎn)（reverse) "和重新表達(dá)所述干細(xì)胞表型， 術(shù)語(yǔ)稱作"去分化"或"重組"或"逆分化"。
[0372] 術(shù)語(yǔ)"胚胎干細(xì)胞"用來(lái)指所述胚胎囊胚內(nèi)細(xì)胞群的多潛能干細(xì)胞（參見(jiàn)美國(guó)專 利5, 843, 780、6, 200, 806,通過(guò)引用將所述內(nèi)容合并于本文中）。這些細(xì)胞能夠類似地從 源自體細(xì)胞核移植的囊胚的內(nèi)細(xì)胞群獲得（參見(jiàn)，例如，美國(guó)專利5, 945, 577、5, 994, 619、 6, 235, 970,其通過(guò)引用合并于本文中）。胚胎干細(xì)胞的所述顯著特性限定胚胎干細(xì)胞的表 型。因此，如果細(xì)胞擁有一個(gè)或多個(gè)胚胎干細(xì)胞區(qū)別于其它細(xì)胞的獨(dú)特特性，則其具有胚胎 干細(xì)胞的表型。示例性的顯著的胚胎干細(xì)胞特性非限制性地包括基因表達(dá)譜、增殖能力、分 化能力、染色體核型、對(duì)特定培養(yǎng)條件的響應(yīng)以及類似特性。
[0373] 所述術(shù)語(yǔ)"成人干細(xì)胞"或"ASC"用來(lái)指任何源自非胚性組織的多功能干細(xì)胞，所 述組織包括胎兒的、少年的和成人的組織。干細(xì)胞已經(jīng)從廣泛的成人組織中分離，包括血 液、骨髓、腦、嗅上皮、皮膚、胰腺、骨骼肌和心肌。每個(gè)這些干細(xì)胞能夠基于基因表達(dá)、因子 響應(yīng)、培養(yǎng)形態(tài)進(jìn)行表征。示例性成人干細(xì)胞包括神經(jīng)干細(xì)胞、神經(jīng)嵴干細(xì)胞、間充質(zhì)干細(xì) 胞、造血干細(xì)胞和胰腺干細(xì)胞。
[0374] 在一個(gè)實(shí)施方式中，適合用于所要求的裝置和方法的祖細(xì)胞是描述于2009年10 月 9 日申請(qǐng)的名稱為"Tissue Engineered Mycocardium and Methods of Productions and Uses Thereof"的 PCT 申請(qǐng) PCT/US09/060224 的定向心室祖細(xì)胞（Committed Ventricular Progenitor (CVP) cell)，通過(guò)引用將其全部?jī)?nèi)容合并于本文中。
[0375] 用于接種的細(xì)胞能夠體內(nèi)培養(yǎng)、從天然來(lái)源衍生、基因工程化或通過(guò)任何其它方 式制造。可以使用任何天然來(lái)源的原核和真核細(xì)胞。在接觸多個(gè)活性細(xì)胞的聚合物纖維被 植入器官的實(shí)施方式中，能夠使用來(lái)自受體的細(xì)胞、來(lái)自同種供體或來(lái)自不同種供體的細(xì) 胞，或細(xì)菌或微生物細(xì)胞。
[0376] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，多根聚合物纖維接觸多個(gè)肌肉細(xì)胞并培養(yǎng)，這樣，制 造活組織。在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，多根聚合物纖維接觸多個(gè)肌肉細(xì)胞并培養(yǎng)由此制 造活組織，并且所述活組織進(jìn)一步接觸神經(jīng)元并培養(yǎng)，這樣，制造具有嵌入的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的活 組織。
[0377] 在一個(gè)特定實(shí)施方式中，所述活組織是各向異性組織，例如，肌肉薄膜。
[0378] 在本發(fā)明的其它實(shí)施方式中，多根聚合物纖維接觸生物學(xué)活性多肽或蛋白質(zhì)，諸 如，膠原蛋白、纖維蛋白、彈性蛋白、層粘連蛋白、纖維連接蛋白、整合素、透明質(zhì)酸、4-硫酸 軟骨素、6-硫酸軟骨素、硫酸皮膚素、硫酸肝素、肝素和硫酸角質(zhì)素和蛋白多糖。在一個(gè)實(shí)施 方式中，所述多肽或蛋白質(zhì)是親脂性的。
[0379] 在其它實(shí)施方式中，所述聚合物纖維接觸核酸分子和/或核苷酸，或脂質(zhì)。
[0380] 多個(gè)聚合物纖維也可以接觸藥學(xué)活性試劑。合適的藥學(xué)活性試劑包括，例如，麻 醉藥、安眠藥、鎮(zhèn)靜劑和睡眠誘導(dǎo)劑、抗精神病藥、抗抑郁藥、抗過(guò)敏藥、抗心絞痛藥、抗關(guān)節(jié) 炎藥、平喘藥、降血糖藥、止瀉藥、抗驚厥藥、抗痛風(fēng)藥、抗組胺藥、止癢藥、催吐藥、止吐藥、 解痙藥、食欲抑制劑、神經(jīng)活性物質(zhì)、神經(jīng)遞質(zhì)受體激動(dòng)劑、拮抗劑、受體阻滯劑和再攝取調(diào) 節(jié)劑、β -腎上腺素能受體阻滯劑、鈣通道受體阻滯劑、雙硫侖和雙硫侖樣藥、肌肉松弛劑、 鎮(zhèn)痛劑、退燒藥、興奮劑、抗膽堿酯酶藥、擬副交感神經(jīng)劑、激素、抗凝劑、抗血栓藥、血栓溶 解劑、免疫球蛋白、免疫抑制劑、激素受體激動(dòng)劑/拮抗劑、維生素、抗微生物劑、抗腫瘤藥、 抗酸藥、助消化藥、通便劑、瀉藥，利尿劑、防腐劑、消毒劑、殺真菌劑、體外驅(qū)蟲(chóng)劑、抗寄生蟲(chóng) 齊?、重金屬、重金屬拮抗劑、螯合劑、氣體和蒸氣、生物堿、鹽、離子、自體活性物質(zhì)、洋地黃、 強(qiáng)心苷、抗心律失常藥、抗高血壓藥、血管擴(kuò)張劑、血管收縮劑、抗毒蕈堿、神經(jīng)節(jié)刺激劑、神 經(jīng)節(jié)阻斷劑、神經(jīng)肌肉阻斷劑、腎上腺素能神經(jīng)抑制劑、抗氧化劑、維生素、化妝品、消炎藥、 傷口治療制品、抗凝血?jiǎng)鼓[瘤藥、抗血管生成劑、麻醉劑、抗原制劑、傷口愈合劑、植物提 取物、生長(zhǎng)因子、潤(rùn)膚劑、保濕劑、排斥/抗排斥藥物、殺精劑、調(diào)理劑、抗菌劑、抗真菌劑、抗 病毒劑、抗生素、殺生物劑、抗生物污染劑、鎮(zhèn)靜劑、降膽固醇藥，鎮(zhèn)咳藥、組胺阻斷藥或單胺 氧化酶抑制劑。
[0381] 其它合適的藥學(xué)活性試劑包括生長(zhǎng)因子和細(xì)胞活素。在本發(fā)明中有用的生長(zhǎng)因 子包括但不限于轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子α ( "TGF-α "）、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β ( "TGF-β "）、血小板衍 生生長(zhǎng)因子，包括ΑΑ、ΑΒ和ΒΒ亞型（"TOGF"）、成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子（"FGF"），包括FGF 酸性亞型1和2、FGF堿性亞型2和FGF亞型4、8、9和10、神經(jīng)生長(zhǎng)因子（"NGF"），包 括NGF2. 5s、NGF7. Os和β NGF和神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子、腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子、軟骨衍生因子、骨 生長(zhǎng)因子（BGF)、堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子、胰島素樣生長(zhǎng)因子（IGF)、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子 (VEGF)、粒細(xì)胞集落刺激因子（G-CSF)，胰島素樣生長(zhǎng)因子（IGF) I和II、肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子、 神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子（GDNF)、干細(xì)胞因子（SCF)、角質(zhì)細(xì)胞生長(zhǎng)因子（KGF)、轉(zhuǎn)化 生長(zhǎng)因子（TGF)，包括TGFa、β、β 1、β2和β3、骨生長(zhǎng)因子、骨基質(zhì)衍生生長(zhǎng)因子、骨源性 生長(zhǎng)因子以及它們的混合物。在本發(fā)明中有用的細(xì)胞活素包括但不限于心肌營(yíng)養(yǎng)素、基質(zhì) 細(xì)胞衍生因子、巨噬細(xì)胞衍生趨化因子（MDC)、黑色素瘤生長(zhǎng)刺激活性（MGSA)、巨噬細(xì)胞炎 癥蛋白 1 a (MIP-1 a )、2、3 α、3 β、4 和 5、IL-1、IL-2、IL-3、IL-4、IL-5、IL-6、IL-7、IL-8、 IL-9、IL-10、IL-ll、IL-12、IL-13、TNF-a和TNF-β。在本發(fā)明中有用的免疫球蛋白包括 但不限于IgG、IgA、IgM、IgD、IgE以及它們的混合物。
[0382] 可以用于接觸本發(fā)明所述聚合物纖維的其它試劑包括但不限于生長(zhǎng)激素、瘦素、 白血病抑制因子（LIF)、腫瘤壞死因子a和β、血管抑素、內(nèi)皮抑素、凝血酶敏感蛋白、成 骨蛋白1、骨形態(tài)發(fā)生蛋白2和7、骨粘連蛋白、生長(zhǎng)調(diào)節(jié)素樣肽、骨鈣素、干擾素a、干擾素 a A、干擾素β、干擾素Y、干擾素la、氨基酸、肽、多肽和蛋白質(zhì)，例如，結(jié)構(gòu)蛋白、酶和肽 激素。
[0383] 對(duì)于諸如核酸的試劑，任何核酸能夠用于接觸所述聚合物纖維。例子包括但不限 于脫氧核糖核酸（DNA)、對(duì)映DNA(ent-DNA)和核糖核酸（RNA)。涉及DNA的實(shí)施方式包括 但不限于cDNA序列、任何來(lái)源的天然DNA序列以及正義或反義寡聚核苷酸。例如，DNA能 夠是裸露的（例如，美國(guó)專利5, 580, 859、5,910, 488)或絡(luò)合的或包封的（例如，美國(guó)專利 5, 908, 777、5, 787, 567)。DNA能夠存在于任何種類的載體中，例如在病毒或質(zhì)粒載體中。在 一些實(shí)施方式中，所使用的核酸會(huì)有助于促進(jìn)或抑制在所述聚合物纖維內(nèi)部和/或外部的 細(xì)胞中的基因表達(dá)。所述核酸能夠是有效增強(qiáng)吸收進(jìn)細(xì)胞的任何形式。
[0384] 用于處理本發(fā)明所述聚合物纖維的試劑也可以是細(xì)胞碎片、細(xì)胞殘骸、細(xì)胞器和 其它的細(xì)胞組成部分、藥片和病毒以及囊泡、脂質(zhì)體、膠囊、納米顆粒和作為分子附件的其 它試劑。在一些實(shí)施方式中，所述試劑構(gòu)成含有試劑的囊泡、脂質(zhì)體、膠囊或其它包封物，其 在接觸之后的時(shí)間段，諸如在植入的時(shí)間段或當(dāng)后期刺激或相互作用時(shí)被釋放。在一個(gè)說(shuō) 明性實(shí)施方式中，諸如脂質(zhì)體的轉(zhuǎn)染試劑包含被包入細(xì)胞內(nèi)的想要的核苷酸序列，其位于 所述聚合物纖維內(nèi)或在其上。
[0385] 磁或電活性材料是其它試劑的例子，其任選用于接觸本發(fā)明所述聚合物纖維。磁 活性材料的例子包括但不限于磁流體（磁性顆粒的膠體懸浮液）和導(dǎo)電聚合物的各種分散 體。含有直徑大約10納米的顆粒的磁流體、直徑約1-2微米的聚合物包封的磁性顆粒，和 具有低于室溫的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的聚合物是特別有用的。電活性材料的例子是聚合物，包 括但不限于諸如聚苯胺和聚吡咯的導(dǎo)電聚合物、離子導(dǎo)電聚合物，諸如磺化聚丙烯酰胺是 相關(guān)的材料，以及電導(dǎo)體，諸如炭黑、石墨、碳納米管、金屬顆粒和金屬涂覆的塑料或陶瓷材 料。
[0386] 接觸本發(fā)明所述聚合物纖維的合適的殺生物劑包括但不限于有機(jī)錫、溴化水楊酰 苯胺、硫醇、季銨化合物、汞化合物以及銅和砷的化合物。
[0387] 抗微生物劑，其包括抗菌劑、抗病毒劑、抗真菌劑和抗寄生蟲(chóng)劑，也可以用于接觸 本發(fā)明所述聚合物纖維。
[0388] 本發(fā)明的目的也在于使用本發(fā)明所述方法和裝置制造的所述聚合物纖維，以及包 含本發(fā)明所述纖維的組織、膜、過(guò)濾器和藥物輸送裝置，例如，用例如藥學(xué)活性試劑處理的 聚合物纖維。
[0389] XI.使用示例性實(shí)施方式所形成的聚合物纖維的用途
[0390] 使用示例性實(shí)施方式所形成的示例性聚合物纖維可以用于范圍廣泛的應(yīng)用，包括 但不限于工程化組織和器官，包括諸如組織或基體材料的補(bǔ)片或塞子的結(jié)構(gòu)、假肢和其它 植入物的制造；分形神經(jīng)和/或血管網(wǎng)絡(luò)的組織支架；傷口的修復(fù)或敷料；止血裝置；用于 組織修復(fù)和支撐的裝置，諸如縫合線、外科手術(shù)和整形手術(shù)的螺釘以及外科手術(shù)和整形手 術(shù)的板；合成植入物的天然涂層或組件；美容植入物和支撐物；器官或組織的修復(fù)或結(jié)構(gòu) 支撐；物質(zhì)輸送；生物工程平臺(tái)；測(cè)試物質(zhì)對(duì)細(xì)胞影響的平臺(tái)；細(xì)胞培養(yǎng)；催化底物；光子 學(xué)；過(guò)濾；防護(hù)服；細(xì)胞支架；藥物輸送；傷口愈合；食品和各種其它用途。
[0391] 本發(fā)明所述聚合物纖維的益處之一是，它們能夠用于牢固地控制所述生物的/非 生物的界面。換句話講，本發(fā)明所述聚合物纖維能夠用于引導(dǎo)特定細(xì)胞和/或組織類型的 生長(zhǎng)和/或發(fā)育。
[0392] 例如，在一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明所述聚合物纖維可以用于制備膜，其作為例如， 任何類型的傷口和損傷的敷料是有用的?？梢砸敫杉?xì)胞、成纖維細(xì)胞、上皮細(xì)胞和/或內(nèi) 皮細(xì)胞以允許組織生長(zhǎng)。在某些實(shí)施方式中，使用所述聚合物纖維除了提供支撐外，還會(huì)引 導(dǎo)和/或阻止想要的細(xì)胞類型至傷口或損傷的區(qū)域。例如，使用聚合物纖維修復(fù)心臟可以 包括加入會(huì)引導(dǎo)細(xì)胞分化成例如肌肉細(xì)胞而不是例如成纖維細(xì)胞的任何合適的物質(zhì)，和/ 或促進(jìn)想要的細(xì)胞類型遷移至傷口區(qū)域。該方法會(huì)確保所述修復(fù)是生物學(xué)功能的和/或阻 止例如再狹窄。所述聚合物纖維的該用途可以與其它的治療、修復(fù)和整形方法組合。
[0393] 在另一實(shí)施方式中，通過(guò)提供不必須由成纖維細(xì)胞和其它細(xì)胞合成的基質(zhì)可以將 聚合物纖維膜作為填充材料插入傷口以加強(qiáng)愈合，由此減少愈合時(shí)間，并降低在所述傷口 位置合成新組織的代謝能需求。
[0394] 聚合物纖維膜的許多用途在外科手術(shù)修復(fù)或建造領(lǐng)域是可能的。例如，本發(fā)明的 膜可以用于制造組織或整形手術(shù)的螺釘、板、縫合線或密封劑，其由與裝置將用于其中的組 織相同的材料制成。
[0395] 在其它示例性實(shí)施方式中，聚合物纖維膜可以用于形成，例如，用作動(dòng)脈瘤加固或 用在造瘺口位置的套管。該套管置于想要加固的區(qū)域上，并且縫合、密封或以其它方式附著 至所述容器。聚合物纖維膜也可以用作止血片和腦脊液泄漏的塞子。另一用途是用于阻塞 患有干眼綜合癥的病人的淚點(diǎn)淚（punctum lacryma)。
[0396] 聚合物纖維膜也可以用于支撐或連接已經(jīng)歷過(guò)損傷、外科手術(shù)或惡化的組織或結(jié) 構(gòu)。例如，該膜可以用于患有產(chǎn)后尿失禁的病人的膀胱頸懸吊術(shù)。直腸支撐、陰道支撐、疝 補(bǔ)片和子宮脫垂的修復(fù)是其它說(shuō)明性的用途。所述膜可以用于修復(fù)或加固衰弱的或功能失 調(diào)的括約肌，諸如在食管反流情況下的食管括約肌。其它的例子包括在切除后，諸如在切除 癌組織后，增強(qiáng)和替換聲帶、會(huì)厭和氣管中的組織。
[0397] 本發(fā)明所述膜的其它用途包括，例如，準(zhǔn)備阻塞和加固以阻塞泄漏。例如，肺減容 (部分除去）后密封肺上的開(kāi)口。
[0398] 本發(fā)明所述聚合物纖維的另一示例性用途是作為防止術(shù)后誘導(dǎo)粘連 (post-operative induced adhesion)的阻隔物。
[0399] 本發(fā)明所述聚合物纖維的另一示例性用途是充當(dāng)神經(jīng)生長(zhǎng)的模板。
[0400] 在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，所述聚合物纖維可以用于制備過(guò)濾器。這些過(guò)濾器 對(duì)于過(guò)濾污染物、生物試劑和有害但非常小的顆粒，例如，納米顆粒是有用的。例如，本發(fā)明 的聚合物纖維過(guò)濾器可以用于純化液體，諸如水（例如飲用水）、油（例如用于汽車中的油 過(guò)濾器）。在另一實(shí)施方式中，聚合物纖維過(guò)濾器可以在用于例如面具時(shí)純化空氣，以濾去 病毒、細(xì)菌和有害納米顆粒時(shí)。
[0401] 本發(fā)明所述聚合物纖維也可以被包含在生物傳感器裝置中，例如，通過(guò)使生物分 子之間高度特異性的相互作用被檢測(cè)和利用，使用生物元件（例如，酶、抗體、全細(xì)胞等）監(jiān) 控基質(zhì)上各種化合物的存在的裝置，例如，作為生物識(shí)別表面。該生物傳感器可以用于各種 應(yīng)用，諸如水、空氣和土壤中污染物的監(jiān)控，和體液中諸如激素、糖和肽的醫(yī)學(xué)重要分子的 檢測(cè)，以及病原學(xué)檢測(cè)。
[0402] 在本發(fā)明的其它實(shí)施方式中，所述聚合物纖維可以用于制備織物。在一個(gè)實(shí)施方 式中，所述織物是生物防護(hù)織物，例如，提供針對(duì)有毒試劑，例如，生物學(xué)和化學(xué)毒素的防護(hù) 的織物。例如，所述聚合物纖維可以包括，例如，氯己定，其能夠殺死大多數(shù)細(xì)菌，或肟，其能 夠分解有機(jī)磷、作為許多農(nóng)藥、殺蟲(chóng)劑和神經(jīng)毒氣主要成分的化合物。
[0403] 在另一實(shí)施方式中，本發(fā)明所述聚合物纖維可以用于制備食品。例如，聚合物纖維 可以由可食用聚合物，例如海藻酸鹽制成，其中，可以加入調(diào)味劑，例如水果調(diào)味劑或巧克 力。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述食品不是棉花糖。
[0404] 在另一實(shí)施方式中，本發(fā)明所述聚合物纖維可以用于制備家居裝飾。
[0405] 在另一實(shí)施方式中，本發(fā)明所述聚合物纖維可以用于形成或制造醫(yī)療裝置。
[0406] 在另一實(shí)施方式中，本發(fā)明所述聚合物纖維可以用于在體腔內(nèi)部創(chuàng)建纖維，例如， 在像心臟之類的器官內(nèi)部。
[0407] 本發(fā)明所述聚合物纖維的另一用途是遞送一種或多種物質(zhì)至想要的位置和/或 以受控方式遞送。在一些實(shí)施方式中，所述聚合物纖維用于遞送所述材料，例如藥學(xué)活性物 質(zhì)。在其它實(shí)施方式中，聚合物纖維材料用于遞送含在所述聚合物纖維內(nèi)的物質(zhì)，或由含在 所述聚合物纖維內(nèi)的物質(zhì)制造或釋放的物質(zhì)。例如，包含細(xì)胞的聚合物纖維能夠植入身體， 并用于遞送植入后由所述細(xì)胞產(chǎn)生的分子。本發(fā)明組合物能夠用于輸送物質(zhì)至體內(nèi)位置、 體外位置或其它位置。本發(fā)明組合物能夠使用任何方法應(yīng)用或給藥至這些位置。
[0408] 將活細(xì)胞接種至本發(fā)明所述聚合物纖維的能力也提供建造組織、器官或器官樣組 織的能力。包含在該組織或器官內(nèi)的細(xì)胞能夠包括起到輸送物質(zhì)的細(xì)胞、提供初始替代組 織的接種細(xì)胞或二者。
[0409] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，多根聚合物纖維用多個(gè)活細(xì)胞處理，并在合適條件 下培養(yǎng)以制造生物工程組織。
[0410] 在一些實(shí)施方式中，接觸或種入活細(xì)胞的聚合物纖維與藥物組合，以改善所述植 入物的功能。例如，抗生素、消炎藥、局部麻醉劑或它們的組合可被加入生物工程器官的所 述細(xì)胞處理的聚合物纖維以加速愈合過(guò)程。
[0411] 生物工程組織的例子包括但不限于骨、牙齒結(jié)構(gòu)、關(guān)節(jié)、軟骨（包括但不限于關(guān)節(jié) 軟骨）、骨骼肌、平滑肌、心肌、肌腱、半月板、韌帶、血管、支架、心臟瓣膜、角膜、耳膜、神經(jīng)導(dǎo) 管、組織或器官的補(bǔ)片或密封劑、缺損組織的填料、美容修復(fù)片、皮膚（加入細(xì)胞以制造皮 膚等同物的片）、喉部的軟組織結(jié)構(gòu)，諸如氣管、會(huì)厭和聲帶、其它軟骨結(jié)構(gòu)，諸如關(guān)節(jié)軟骨、 鼻軟骨、瞼板、氣管環(huán)、甲狀軟骨和杓狀軟骨、結(jié)締組織、血管移植物和它們的組成部分，以 及局部應(yīng)用和諸如肝、腎、肺、腸、胰腺、視覺(jué)系統(tǒng)、聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)和肌肉骨骼系統(tǒng)的器 官的修復(fù)的片。
[0412] 在一個(gè)特定實(shí)施方式中，多根聚合物纖維接觸多個(gè)活肌肉細(xì)胞，并在合適的條件 下培養(yǎng)，引導(dǎo)細(xì)胞以想要的各向異性生長(zhǎng)，以制造肌肉薄膜（MFT)或多個(gè)MTF，如美國(guó)專利 申請(qǐng)20090317852和PCT申請(qǐng)W02010/127280所描述的制備，通過(guò)引用將其全部?jī)?nèi)容合并 于本文中。
[0413] 接觸活細(xì)胞的聚合物纖維也能夠用于制造人工器官或器官的部分。定型細(xì)胞系在 三維聚合物纖維基質(zhì)中的混合能夠用于制造模擬復(fù)雜器官的結(jié)構(gòu)。成形所述聚合物纖維的 能力允許制備替代諸如肝葉、胰腺、其它內(nèi)分泌腺和腎臟的器官的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。在該情形中， 細(xì)胞植入以承擔(dān)所述器官中的細(xì)胞的功能。優(yōu)選地，自體細(xì)胞或干細(xì)胞用于減少免疫排斥 的可能性。
[0414] 在一些實(shí)施方式中，用活細(xì)胞接觸的聚合物纖維用于制備部分替代物或增加物。 例如，在某些疾病狀態(tài)，器官損失至功能失調(diào)的程度。經(jīng)典的例子是肝硬化。在硬化中，正 常的肝細(xì)胞陷入瘢痕組織的纖維帶內(nèi)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，對(duì)肝進(jìn)行活體檢查，獲 取可存活的肝細(xì)胞，在多根聚合物纖維中培養(yǎng)，并重新植入病人體內(nèi)作為橋梁或常規(guī)肝移 植的替代物。
[0415] 在另一個(gè)例子中，通過(guò)在分開(kāi)的培養(yǎng)物中生長(zhǎng)胰高血糖素分泌細(xì)胞、胰島素分泌 細(xì)胞、生長(zhǎng)抑素分泌細(xì)胞和/或胰多肽分泌細(xì)胞以及它們的組合，然后將它們與聚合物纖 維混合，創(chuàng)建人工胰島。這些結(jié)構(gòu)然后置于皮膚下、腹膜后、肝內(nèi)或在其它想要的位置，作為 糖尿病的可植入長(zhǎng)期治療。
[0416] 在另一個(gè)例子中，激素分泌細(xì)胞用于，例如，替代垂體前葉細(xì)胞以影響，例如生長(zhǎng) 激素分泌、促黃體激素、促卵泡激素、催乳激素和促甲狀腺激素的合成和分泌。性腺細(xì)胞，諸 如睪丸間質(zhì)細(xì)胞和濾泡細(xì)胞補(bǔ)充睪酮素和雌激素水平。特定設(shè)計(jì)的組合在絕經(jīng)后的和圍絕 經(jīng)期的婦女或內(nèi)源性睪酮分泌減少的男性的激素替代療法中是有用的。在基質(zhì)中使用和植 入產(chǎn)生多巴胺的神經(jīng)元以補(bǔ)充在黑質(zhì)中有缺陷的或受損的多巴胺細(xì)胞。在一些實(shí)施方式 中，來(lái)自受體或供體的干細(xì)胞能夠與輕微受損的細(xì)胞混合，例如胰島細(xì)胞或肝細(xì)胞，并置于 多根聚合物纖維中，隨后收集以控制所述干細(xì)胞分化成想要的細(xì)胞類型。在其它實(shí)施方式 中，甲狀腺細(xì)胞能夠種入和生長(zhǎng)以形成小型甲狀腺激素分泌結(jié)構(gòu)。該過(guò)程在體外或體內(nèi)進(jìn) 行。所述新形成的分化細(xì)胞導(dǎo)入病人體內(nèi)。
[0417] 生物工程組織對(duì)測(cè)定組織活性或功能、組織發(fā)育生物學(xué)和疾病病理學(xué)，以及在藥 物發(fā)現(xiàn)和毒性試驗(yàn)中是有用的。
[0418] 因此，本發(fā)明也提供用于鑒定那些調(diào)節(jié)組織功能的化合物的方法。所述方法包括， 提供使用本發(fā)明所述裝置和根據(jù)本發(fā)明所述方法制造的生物工程組織，諸如肌肉薄膜；使 所述生物工程組織與試驗(yàn)化合物接觸；和確定在存在和不存在所述試驗(yàn)化合物時(shí)所述試驗(yàn) 化合物對(duì)組織功能的影響，其中，與不存在所述試驗(yàn)化合物時(shí)所述組織功能相比，在存在所 述試驗(yàn)化合物時(shí)所述組織功能的受到調(diào)節(jié)表明了所述試驗(yàn)化合物調(diào)節(jié)組織的功能，由此鑒 定能夠調(diào)節(jié)組織功能的化合物。
[0419] 在另一方面，本發(fā)明也提供鑒定對(duì)治療或預(yù)防疾病有用的化合物的方法。所述方 法包括，提供使用本發(fā)明所述裝置和根據(jù)本發(fā)明所述方法制造的生物工程組織，例如，肌肉 薄膜；使所述生物工程組織與試驗(yàn)化合物接觸；和確定在存在和不存在所述試驗(yàn)化合物時(shí) 所述試驗(yàn)化合物對(duì)組織功能的影響，其中，與不存在所述試驗(yàn)化合物時(shí)所述組織功能相比， 在存在所述試驗(yàn)化合物時(shí)所述組織功能受到調(diào)節(jié)表明了所述試驗(yàn)化合物具有調(diào)節(jié)組織的 功能，由此鑒定對(duì)治療或預(yù)防組織疾病有用的化合物。
[0420] 本發(fā)明所述方法通常包括確定試驗(yàn)化合物對(duì)生物工程組織整體的影響，然而，本 發(fā)明所述方法也包括進(jìn)一步評(píng)價(jià)試驗(yàn)化合物對(duì)生物工程組織的單個(gè)細(xì)胞類型的影響。
[0421] 本發(fā)明所述方法可以包括使單一生物工程組織與試驗(yàn)化合物接觸，或使多個(gè)生物 工程組織與試驗(yàn)化合物接觸。
[0422] 作為本文使用的各種形式的術(shù)語(yǔ)"調(diào)節(jié)"意指包括刺激（例如，增加或上調(diào)特定的 響應(yīng)或活性）和抑制（例如，降低或下調(diào)特定的響應(yīng)或活性）。
[0423] 作為本文使用的術(shù)語(yǔ)"接觸"（例如，使生物工程組織與試驗(yàn)化合物接觸）意指包 括試驗(yàn)化合物與生物工程組織的任何形式的相互作用（例如，直接或間接的相互作用）。術(shù) 語(yǔ)接觸包括溫育（incubating)化合物和生物工程組織（例如將試驗(yàn)化合物加入生物工程 組織）。
[0424] 試驗(yàn)化合物可以是任何試劑，包括化學(xué)試劑（諸如毒素）、小分子、藥物、肽、蛋白 質(zhì)（諸如抗體、細(xì)胞因子、酶以及類似物）和核酸，包括基因藥物和導(dǎo)入的基因，其可以編碼 治療劑，諸如蛋白質(zhì)、反義制劑（例如，含有用目標(biāo)細(xì)胞類型表達(dá)的目標(biāo)RNA，例如RNAi或 siRNA的互補(bǔ)序列的核酸）、核酶以及類似物。
[0425] 所述試驗(yàn)化合物可以通過(guò)任何合適的方法加入生物工程組織。例如，所述試驗(yàn)化 合物可以滴加在本發(fā)明的生物工程組織的表面上，并允許滲入或以其它方式進(jìn)入所述生物 工程組織，或者它能夠被加入營(yíng)養(yǎng)介質(zhì)中，并允許在所述介質(zhì)中擴(kuò)散。在生物工程組織在多 孔板中培養(yǎng)的實(shí)施方式中，每個(gè)培養(yǎng)孔可以接觸不同的試驗(yàn)化合物或相同的試驗(yàn)化合物。 在一個(gè)實(shí)施方式中，篩選平臺(tái)包括輸送試驗(yàn)化合物的微流體處理系統(tǒng)和微血管模擬暴露于 藥物輸送。
[0426] 本發(fā)明所述聚合物纖維組織能夠評(píng)價(jià)許多生理學(xué)相關(guān)參數(shù)，例如，胰島素分泌、電 導(dǎo)率、神經(jīng)遞質(zhì)釋放、脂質(zhì)生產(chǎn)、膽汁分泌；例如，肌肉活性；例如，生物力學(xué)和電生理學(xué)活 性。例如，在一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明所述聚合物纖維組織能夠用于肌肉細(xì)胞或組織的收縮 性實(shí)驗(yàn)，諸如化學(xué)和/或電刺激的血管、呼吸道或消化道平滑肌、心肌或骨骼肌的收縮。此 夕卜，能夠研究不同肌肉細(xì)胞類型對(duì)相同刺激（例如，藥理學(xué)的和/或電的）的差別收縮性。
[0427] 在另一實(shí)施方式中，本發(fā)明所述生物工程組織能夠用于測(cè)定細(xì)胞的滲透溶脹引起 的固體應(yīng)力。例如，當(dāng)所述細(xì)胞溶脹時(shí)，聚合物纖維組織會(huì)彎曲，結(jié)果體積改變，這樣可以測(cè) 定由于細(xì)胞溶脹引起破裂的力和點(diǎn)。
[0428] 在另一實(shí)施方式中，本發(fā)明所述生物工程組織能夠用于測(cè)定細(xì)胞中預(yù)應(yīng)力或殘余 應(yīng)力。例如，能夠研究因在內(nèi)皮素-1存在下長(zhǎng)期收縮而重構(gòu)的血管平滑肌細(xì)胞。
[0429] 進(jìn)一步地，本發(fā)明所述生物工程組織能夠用于研究在外傷性損傷，例如，外傷性腦 損傷之后組織結(jié)構(gòu)中的剛度損失。外傷應(yīng)激（Traumatic stress)能夠應(yīng)用于血管平滑肌 生物工程組織作為血管痙攣模型。這些生物工程組織能夠用于確定何種力對(duì)導(dǎo)致血管平滑 肌進(jìn)入超收縮狀態(tài)是必要的。這些生物工程組織也能夠用于測(cè)試適合用于減小血管痙攣反 應(yīng)或改善傷后反應(yīng)和使血管平滑肌的收縮性更快恢復(fù)至正常水平的藥物。
[0430] 在其它實(shí)施方式中，本發(fā)明所述生物工程組織能夠用于研究對(duì)旁分泌釋放因子的 生物力學(xué)響應(yīng)（例如，由于一氧化氮從血管內(nèi)皮細(xì)胞釋放引起的血管平滑肌擴(kuò)張，或由于 一氧化氮釋放引起的心臟擴(kuò)張）。
[0431] 在其它實(shí)施方式中，本發(fā)明所述生物工程組織能夠用于評(píng)價(jià)試驗(yàn)化合物對(duì)電生理 學(xué)參數(shù)的影響，例如電生理學(xué)曲線，包括電壓參數(shù)，選自動(dòng)作電位、動(dòng)作電位時(shí)程（APD)、傳 導(dǎo)速度（CV)、不應(yīng)期、波長(zhǎng)、恢復(fù)原狀、心動(dòng)過(guò)緩、心動(dòng)過(guò)速、折返性心律失常和/或鈣通量 參數(shù)，例如，細(xì)胞內(nèi)鈣瞬變、瞬時(shí)振幅、上升時(shí)間（收縮）、衰減時(shí)間（放松）、所述瞬時(shí)下的 總面積（力）、恢復(fù)原狀、局灶性和自發(fā)性鈣釋放。例如，當(dāng)所述生物工程組織接觸試驗(yàn)化合 物時(shí)，含有心肌細(xì)胞的生物工程組織的電壓或鈣通量參數(shù)降低表明所述試驗(yàn)化合物是心臟 毒性的。
[0432] 在另一實(shí)施方式中，本發(fā)明所述生物工程組織能夠用于測(cè)定試驗(yàn)化合物對(duì)組織應(yīng) 激狀態(tài)影響的藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)。例如，所述實(shí)驗(yàn)可以包括確定藥物對(duì)組織應(yīng)激的影響和所述生 物工程組織的結(jié)構(gòu)重構(gòu)。此外，所述實(shí)驗(yàn)可以包括確定藥物對(duì)細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)的影響，以及因 此對(duì)所述生物工程組織的收縮性的影響。
[0433] 在其它實(shí)施方式中，本發(fā)明所述生物工程組織能夠用于測(cè)定生物材料對(duì)生物力學(xué) 響應(yīng)的影響。例如，能夠研究因改變生物工程組織的材料性能（例如，剛度、表面形貌、表面 化學(xué)或幾何圖案）而重構(gòu)的血管平滑肌的差別收縮。
[0434] 在進(jìn)一步的實(shí)施方式中，本發(fā)明所述生物工程組織能夠用于研究干細(xì)胞（例如， 多潛能干細(xì)胞、多功能干細(xì)胞、誘導(dǎo)多潛能干細(xì)胞和來(lái)源于胚胎、胎兒、新生兒、少年和成人 的祖細(xì)胞）成為收縮表型的功能分化。例如，本發(fā)明所述聚合物纖維用未分化細(xì)胞，例如， 干細(xì)胞處理，并且成為收縮表型的分化通過(guò)薄膜彎曲進(jìn)行觀察。分化可作為以下參數(shù)的應(yīng) 變量來(lái)面容：共培養(yǎng)（例如，用與分化細(xì)胞共培養(yǎng)）、旁分泌信號(hào)、藥理學(xué)、電刺激、磁刺激、 熱波動(dòng)、與特定基因的轉(zhuǎn)染和生物力學(xué)攝動(dòng)（例如，周期的和/或靜態(tài)的應(yīng)變）。
[0435] 在另一實(shí)施方式中，本發(fā)明所述生物工程組織能夠用于通過(guò)評(píng)價(jià)，例如，所述化合 物對(duì)生物工程組織電生理學(xué)響應(yīng)的影響來(lái)確定試驗(yàn)化合物的毒性。例如，打開(kāi)鈣通道導(dǎo)致 鈣離子流入所述細(xì)胞，其在心臟和骨骼的肌纖維的興奮-收縮耦連中起到重要作用。鈣的 反轉(zhuǎn)電位是正的，所以鈣電流幾乎總是向內(nèi)的，導(dǎo)致在許多應(yīng)激細(xì)胞中產(chǎn)生動(dòng)作電位平臺(tái)。 這些通道是治療干預(yù)的目標(biāo)，例如，抗高血壓藥物的鈣通道阻滯劑亞型。候選的藥物可以在 本文描述的電生理學(xué)表征實(shí)驗(yàn)中測(cè)試，以確定那些可以潛在引起不良臨床反應(yīng)，例如，不可 接受的心臟應(yīng)激變化的化合物，其可以導(dǎo)致心律失常。
[0436] 例如，可以導(dǎo)致心律失常的不可接受的心臟應(yīng)激變化包括，例如，用于正常動(dòng)作電 位傳導(dǎo)的離子通道的阻斷，例如，阻斷Na+通道的藥物會(huì)阻斷所述動(dòng)作電位，且會(huì)看到?jīng)]有 上升；阻斷Ca 2+通道的藥物會(huì)延長(zhǎng)復(fù)極化，并增加不應(yīng)期；K+通道的阻斷會(huì)阻斷快速?gòu)?fù)極 化，并因此會(huì)被更慢的Ca2+通道介導(dǎo)復(fù)極化所支配。
[0437] 此外，可以評(píng)估代謝變化來(lái)確定試驗(yàn)化合物是否有毒，這例如通過(guò)測(cè)定使生物工 程組織接觸試驗(yàn)化合物是否導(dǎo)致代謝活性降低和/或細(xì)胞死亡來(lái)進(jìn)行。例如，代謝變化的 測(cè)定可以使用各種可檢測(cè)的標(biāo)簽系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量，諸如熒光/顯色檢測(cè)或生物發(fā)光檢測(cè)，使 用，例如，REDOX活性的AlamarBlue熒光/顯色測(cè)定（Invitrogen)，REDOX指示劑在代謝活 性細(xì)胞中從氧化態(tài)（非熒光的，藍(lán)）變成還原態(tài)（熒光的，紅）；代謝活性的Vybrant MTT 顯色測(cè)定（Invitrogen),水溶性MTT在代謝活性細(xì)胞中還原成不溶性甲職（formazan);和 細(xì)胞DNA含量的Cyquant NF熒光測(cè)量，熒光DNA染料受滲透劑的協(xié)助進(jìn)入細(xì)胞，并粘合核 染色質(zhì)。為進(jìn)行生物發(fā)光實(shí)驗(yàn)，使用下面的示例性試劑：基于細(xì)胞滴度熒光素酶的ATP測(cè)量 (Promega)，熱穩(wěn)定的螢火蟲(chóng)熒光素酶在從代謝活性細(xì)胞釋放的可溶性ATP存在下發(fā)光。
[0438] 本發(fā)明所述生物工程組織對(duì)評(píng)價(jià)治療劑的特定遞送載體也是有用的，例如，比較 經(jīng)由不同遞送系統(tǒng)給藥的相同試劑的效果，或簡(jiǎn)單評(píng)估遞送載體自身（例如，病毒載體或 脂質(zhì)體）是否能夠影響所述生物工程組織的生物學(xué)活性。這些遞送工具可以具有任何形 式，從常規(guī)的藥物制劑到基因輸送工具。例如，本發(fā)明所述裝置可以用于比較由兩個(gè)或更多 個(gè)遞送系統(tǒng)（例如，長(zhǎng)效制劑和控釋制劑）給藥的相同試劑的治療效果。本發(fā)明所述生物 工程組織也可以用于研究特定載體自身是否對(duì)所述組織有影響。由于基因療法的使用的增 力口，與各種可能的遞送系統(tǒng)有關(guān)的安全問(wèn)題變得越來(lái)越重要。因此，本發(fā)明所述生物工程組 織可以用于研究用于核酸療法的輸送系統(tǒng)，諸如裸DNA或RNA、病毒載體（例如，逆轉(zhuǎn)錄病毒 或腺病毒載體）、脂質(zhì)體以及類似物的性能。因此，所述試驗(yàn)化合物可以是具有或不具有任 何相關(guān)治療劑的任何合適類型的輸送工具。
[0439] 而且，本發(fā)明所述生物工程組織對(duì)于評(píng)價(jià)試驗(yàn)化合物關(guān)于例如肌肉和/或神經(jīng)肌 肉的疾病或紊亂的治療活性是合適的體外模型。例如，本發(fā)明所述生物工程組織（例如，含 有肌肉細(xì)胞）可以通過(guò)例如，浸漬于含有所述試驗(yàn)化合物的介質(zhì)浴中來(lái)接觸候選化合物， 并且所述試驗(yàn)化合物對(duì)組織活性（例如，生物力學(xué)和/或電生理學(xué)活性）的影響可以如本 文所描述的進(jìn)行測(cè)量，與適當(dāng)控制的，例如，未處理的生物工程組織進(jìn)行比較。任選地，在測(cè) 量如本文所描述的組織活性（例如，生物力學(xué)和/或電生理學(xué)活性）之前，本發(fā)明所述生物 工程組織可以浸在含有候選化合物的介質(zhì)中，然后清洗所述細(xì)胞。在所述試驗(yàn)試劑（與不 存在所述試驗(yàn)化合物時(shí)使用所述裝置的相同活性進(jìn)行比較）存在時(shí)使用所述生物工程組 織所測(cè)定的活性的任何改變表明所述試驗(yàn)化合物可以對(duì)治療或預(yù)防組織疾病，例如，神經(jīng) 肌肉疾病是有用的。
[0440] 本發(fā)明所述纖維其他考慮的用途公開(kāi)于，例如，PCT申請(qǐng)W02008/045506、 W02003/099230、W02004/032713中，通過(guò)引用將其全文合并于本文中。
[0441] 本發(fā)明通過(guò)下面的不應(yīng)當(dāng)理解為限制的實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明。本申請(qǐng)各部分所引用 的所有參考文獻(xiàn)、專利和公開(kāi)的專利申請(qǐng)的內(nèi)容以及所述附圖，在此通過(guò)引用以其實(shí)體形 式合并于本文中。 實(shí)施例
[0442] 實(shí)施例1.改變旋轉(zhuǎn)速度對(duì)纖維形成和纖維直徑的影響
[0443] 纖維由8%的聚乳酸溶于氯仿的溶液制造。使用圖29的所述示例性纖維形成裝 置，其中刷子在約35, OOOrpm和約15, OOOrpm的示例性旋轉(zhuǎn)速度下旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)刷與收集器 之間的間隙距離是約l〇cm，且聚乳酸的流動(dòng)速率是約12ml/小時(shí)。
[0444] 圖31示出所制造的纖維的掃描電子顯微圖像和說(shuō)明示例性纖維直徑的圖。如圖 31所描述的，更高的旋轉(zhuǎn)速度（例如，約35, OOOrpm)在所述聚合物噴流被甩出時(shí)提供更高 的拉伸力。這允許所述聚合物噴流延伸得更遠(yuǎn)，由此促使纖維形成，并導(dǎo)致所述纖維中的形 成的珠粒更少。此外，更高的旋轉(zhuǎn)速度（例如，約35, OOOrpm)導(dǎo)致纖維直徑比由更低的旋 轉(zhuǎn)速度（例如，約15, OOOrpm)所獲得的纖維直徑更小。在約35, OOOrpm的旋轉(zhuǎn)速度下形成 的示例性纖維可以具有約463nm的示例性平均直徑，而在約15, OOOrpm下形成的示例性纖 維可以具有約760nm的示例性平均直徑。
[0445] 實(shí)施例2.改變聚合物濃度和聚合物流動(dòng)速率對(duì)纖維形成的影響
[0446] 使用6%的聚乳酸溶于氯仿的溶液制造纖維，并且圖29所描述的所述示例性纖 維形成裝置具有約l〇cm的間隙和約2ml/小時(shí)的所述聚合物流動(dòng)速率，其旋轉(zhuǎn)速度在約 5, OOOrpm、15, OOOrpm 和 35, OOOrpm 之間變化。
[0447] 圖32示出使用圖29所描述的示例性裝置制造的纖維的掃描電子顯微圖像和 說(shuō)明改變旋轉(zhuǎn)速度對(duì)纖維直徑影響的圖。如圖32所描述的，更高的旋轉(zhuǎn)速度（例如，約 35, OOOrpm)在所述聚合物噴流被甩出時(shí)提供更高的拉伸力。這允許所述聚合物噴流延伸得 更遠(yuǎn)，由此促使纖維形成，并導(dǎo)致纖維中形成的珠粒更少。此外，更高的旋轉(zhuǎn)速度（例如，約 35, OOOrpm)導(dǎo)致比由更低的旋轉(zhuǎn)速度（例如，約5, OOOrpm)所獲得的纖維直徑更小的具有 更窄分布的纖維直徑。
[0448] 實(shí)施例3.改變聚合物濃度和聚合物流動(dòng)速率對(duì)纖維形成的影響
[0449] 使用10%的聚乳酸溶于氯仿的溶液制造纖維，并且圖29所描述的示例性纖維形 成裝置具有約l〇cm的間隙距離和約2ml/小時(shí)的聚合物流動(dòng)速率，其所述旋轉(zhuǎn)速度從約 15, OOOrpm變化至約35, OOOrpm。如圖33所描述的，更高的旋轉(zhuǎn)速度（例如，約35, OOOrpm) 提供更大的力和纖維中形成的珠粒更少。在該實(shí)施例中改變所述速度對(duì)纖維直徑?jīng)]有影 響。
[0450] 實(shí)施例4.改變旋轉(zhuǎn)速度和聚合物流動(dòng)速率對(duì)纖維形成的影響
[0451] 使用6%的聚乳酸溶于氯仿的溶液和圖29所描述的示例性纖維形成裝置的旋轉(zhuǎn) 速度來(lái)制造纖維，該裝置具有約l〇cm的間隙，聚合物流動(dòng)速率在約2ml/小時(shí)、6ml/小時(shí)和 12ml/小時(shí)之間變化，速度從約5, OOOrpm變化至35, OOOrpm。如圖34所描述的，在低旋轉(zhuǎn) 速度下形成珠粒。在低旋轉(zhuǎn)速度和高流動(dòng)速度下，形成更多珠粒和畸形纖維。
[0452] 實(shí)施例5.改變旋轉(zhuǎn)速度和聚合物流動(dòng)速度對(duì)纖維形成的影響
[0453] 使用10%的聚乳酸溶于氯仿的溶液和圖29所描述的所述示例性纖維形成裝置的 旋轉(zhuǎn)速度來(lái)制造纖維，該裝置具有約l〇cm的間隙、聚合物流動(dòng)速率在約2ml/小時(shí)、6ml/小 時(shí)和12ml/小時(shí)之間變化，速度從約5, OOOrpm變化至35, OOOrpm。如圖35所描述的，在低 旋轉(zhuǎn)速度下，高濃度聚合物溶液（例如，約10% )產(chǎn)生非常少的纖維。在低旋轉(zhuǎn)速度和高流 動(dòng)速度下，形成更多珠粒和畸形纖維。
[0454] 實(shí)施例6.聚合物熔體的使用
[0455] 圖36示出包括加熱聚合物熔體的加熱元件的示例性纖維形成裝置、使用聚合物 熔體制造的纖維的掃描電子顯微圖像和顯示所制造纖維的示例性直徑的圖。
[0456] 如圖36所描述的，與溶劑紡纖維相比，熔紡纖維具有更光滑的表面和更一致的結(jié) 構(gòu)。在一些情況中，熔紡纖維的平均直徑高于溶劑紡纖維，這是由于所述聚合物熔體的所述 高粘度。由聚合物熔體形成的示例性纖維可以具有約2. 6微米的示例性直徑。
[0457] 引用合并
[0458] 本申請(qǐng)各部分所引用的所有參考文獻(xiàn)，包括專利和專利申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容，在此通 過(guò)引用以其實(shí)體的方式合并于本文中。那些參考文獻(xiàn)的合適組分和方法可以選為本發(fā)明及 其實(shí)施方式。還進(jìn)一步地，在【背景技術(shù)】部分確認(rèn)的所述組分和方法也是本公開(kāi)不可或缺的， 且也可以用于在本發(fā)明的范圍內(nèi)結(jié)合或替代在本公開(kāi)任何位置所描述的組分和方法。
[0459] 等同物
[0460] 在所描述的示例性實(shí)施方式中，為了明確起見(jiàn)，使用特定術(shù)語(yǔ)。為了說(shuō)明的目的， 每個(gè)特定術(shù)語(yǔ)打算至少包括以相似方式運(yùn)行實(shí)現(xiàn)相似目的所有技術(shù)和功能等同物。此外， 在相同情形中，其中特定示例性實(shí)施方式包括多個(gè)系統(tǒng)元件或方法步驟，那些元件或步驟 也可以用單個(gè)元件和步驟代替。同樣地，單個(gè)元件或步驟也可以用起到相同目的的多個(gè)元 件或步驟代替。進(jìn)一步地，其中各種性能的參數(shù)在本文中為示例性實(shí)施方式具體說(shuō)明，那些 參數(shù)可以調(diào)高或調(diào)低二十分之一、十分之一、五分之一、三分之一、二分之一以及類似數(shù)值， 或其通過(guò)舍入的近似值，除非另有說(shuō)明。而且，雖然示例性實(shí)施方式已經(jīng)參照其特定實(shí)施方 式顯示和描述，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將明白在其中可以作出在形式和細(xì)節(jié)上的各種替代和 改變，而不背離本發(fā)明的范圍。還進(jìn)一步地，其它方面、功能和優(yōu)點(diǎn)也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0461] 本文中提供的示例性流程圖用于說(shuō)明性目的，是方法的非限制性實(shí)例。本領(lǐng)域普 通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到示例性方法可以包括比所述示例性流程圖示出的那些方法更多或更 少的步驟，并且在所述示例性流程圖中的步驟可以以與示出不同的順序進(jìn)行。
【權(quán)利要求】
1. 用于形成微米、亞微米或納米尺寸聚合物纖維的方法，所述方法包括： 提供聚合物的靜態(tài)沉積物；和 與所述聚合物的表面產(chǎn)生接觸以對(duì)其傳遞足夠的力，從而： 使部分的所述聚合物脫離所述接觸，和 將所述聚合物的所述部分甩離所述接觸和所述聚合物的所述沉積物，由此形成微米、 亞微米或納米尺寸聚合物纖維。
2. 權(quán)利要求1所述方法，其中所述力基本上平行于所述聚合物的所述表面施用。
3. 權(quán)利要求1所述方法，其中所述力是瞬時(shí)力。
4. 權(quán)利要求1所述方法，其中所述力通過(guò)在旋轉(zhuǎn)期間穿入所述聚合物沉積物的旋轉(zhuǎn)結(jié) 構(gòu)基本上平行于所述聚合物的所述表面施用。
5. 權(quán)利要求4所述方法，其中所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)包括葉片。
6. 權(quán)利要求5所述方法，其中所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)包括中芯軸，和其中所述葉片固定在所述 中芯軸的外表面。
7. 權(quán)利要求5所述方法，其中所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)穿入所述聚合物達(dá)1納米至1厘米的深度。
8. 權(quán)利要求5所述方法，其中所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)以lOOrpm至500, OOOrpm的速率旋轉(zhuǎn)。
9. 權(quán)利要求5所述方法，其中所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)包括一個(gè)或多個(gè)矩形突出物。
10. 權(quán)利要求5所述方法，其中所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)包括一個(gè)或多個(gè)鋸齒形突出物，其中所述 鋸齒形的尖端穿入所述聚合物。
11. 權(quán)利要求1所述方法，其中所述力通過(guò)對(duì)準(zhǔn)所述聚合物表面的液體噴流施用。
12. 權(quán)利要求1所述方法，進(jìn)一步包括： 在所述纖維形成之前或期間提供所述聚合物。
13. 權(quán)利要求12所述方法，其中所述聚合物使用微通道或宏通道提供。
14. 權(quán)利要求12所述方法，其中所述聚合物使用微流體腔室或宏流體腔室提供。
15. 權(quán)利要求12所述方法，其中所述聚合物以0. Olml/min至100ml/min的速率提供。
16. 權(quán)利要求1所述方法，進(jìn)一步包括： 使用收集器收集所述聚合物纖維。
17. 權(quán)利要求16所述方法，其中所述收集器是固定的。
18. 權(quán)利要求16所述方法，其中所述收集器是可移動(dòng)的。
19. 權(quán)利要求18所述方法，其中所述收集器以線性方式移動(dòng)。
20. 權(quán)利要求18所述方法，其中所述收集器以旋轉(zhuǎn)方式移動(dòng)。
21. 權(quán)利要求1所述方法，其中所述聚合物是聚合物溶液。
22. 權(quán)利要求1所述方法，其中所述聚合物是聚合物熔體。
23. 權(quán)利要求1所述方法，其中所述纖維具有1納米至100微米的直徑。
24. 權(quán)利要求1所述方法，進(jìn)一步包括： 傳遞第二力至所述聚合物的所述表面以形成第二微米、亞微米或納米尺寸聚合物纖 維，其中所述第一和第二纖維基本上以相同的方向排列。
25. 權(quán)利要求1所述方法，進(jìn)一步包括： 傳遞第二力至所述聚合物的表面以形成第二微米、亞微米或納米尺寸聚合物纖維，其 中所述第一和第二纖維以不同方向排列。
26. 權(quán)利要求1所述方法，進(jìn)一步包括： 調(diào)整傳遞至所述聚合物的所述表面上的所述力的強(qiáng)度。
27. 權(quán)利要求1所述方法，進(jìn)一步包括： 調(diào)整所述力傳遞至所述聚合物的所述表面的方向。
28. 權(quán)利要求1所述方法，進(jìn)一步包括： 在所述力傳遞至所述聚合物的所述表面之前或期間，將氣體引入所述聚合物以促進(jìn)彎 月面的形成。
29. 權(quán)利要求28所述方法，其中所述氣體通過(guò)所述聚合物的碳酸化引入。
30. 權(quán)利要求1所述方法，進(jìn)一步包括： 使用一個(gè)或多個(gè)在所述聚合物附近的空氣葉片增加所述纖維所經(jīng)歷的空氣湍流。
31. 權(quán)利要求1所述方法，進(jìn)一步包括： 使用為所述纖維提供路徑的導(dǎo)管引導(dǎo)所述纖維。
32. 權(quán)利要求1所述方法，其中所述方法不使用噴嘴來(lái)形成所述纖維。
33. 權(quán)利要求1所述方法，其中所述方法不使用噴絲板來(lái)形成所述纖維。
34. 權(quán)利要求1所述方法，其中所述方法不采用靜電電壓來(lái)形成所述纖維。
35. 權(quán)利要求1所述方法，其中所述微米、亞微米或納米尺寸聚合物纖維接觸多個(gè)活細(xì) 胞。
36. 權(quán)利要求35所述方法，其中所述活細(xì)胞選自肌肉細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和上皮 細(xì)胞。
37. 權(quán)利要求35所述方法，其中培養(yǎng)所述活細(xì)胞以制造活組織。
38. 權(quán)利要求1所述方法，其中所述微米、亞微米或納米尺寸聚合物纖維接觸生物學(xué)活 性試劑。
39. 權(quán)利要求38所述方法，其中所述試劑選自親脂肽、脂質(zhì)和核苷酸。
40. 權(quán)利要求1所述方法，其中所述微米、亞微米或納米尺寸聚合物纖維用藥學(xué)活性劑 處理。
41. 權(quán)利要求40所述方法，其中所述接觸的微米、亞微米或納米尺寸聚合物纖維在適 當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)中培養(yǎng)。
42. 權(quán)利要求1所述方法，其中所述聚合物在制造包封細(xì)胞的纖維期間與活細(xì)胞混合。
43. 權(quán)利要求1所述方法，其中所述聚合物與選自蛋白質(zhì)、核苷酸、脂質(zhì)、藥物、藥學(xué)活 性劑、殺生物劑和抗微生物劑的生物學(xué)活性劑混合。
44. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所制造的微米、亞微米或納米尺寸聚合物纖維。
45. 權(quán)利要求44所述聚合物纖維，其中所述纖維用于組織工程。
46. 權(quán)利要求44所述聚合物纖維，其中所述纖維用于遞送治療劑。
47. 權(quán)利要求44所述聚合物纖維，其中所述纖維用于治療劑的控釋。
48. 權(quán)利要求44所述聚合物纖維，其中所述纖維用于傷口敷料。
49. 權(quán)利要求44所述聚合物纖維，其中所述纖維用于酶固定。
50. 權(quán)利要求44所述聚合物纖維，其中所述纖維用于生物傳 感器。
51. 權(quán)利要求44所述聚合物纖維，其中所述纖維用于形成膜。
52. 權(quán)利要求44所述聚合物纖維，其中所述纖維用于形成過(guò)濾器。
53. 權(quán)利要求44所述聚合物纖維，其中所述纖維用于形成織物。
54. 權(quán)利要求44所述聚合物纖維，其中所述纖維用于形成網(wǎng)。
55. 權(quán)利要求44所述聚合物纖維，其中所述纖維用于形成食品。
56. 權(quán)利要求44所述聚合物纖維，其中所述纖維用于形成藥用品。
57. 權(quán)利要求44所述聚合物纖維，其中所述纖維用于形成化妝品。
58. 權(quán)利要求44所述聚合物纖維，其中所述纖維在體腔內(nèi)形成。
59. 含有權(quán)利要求44所述微米、亞微米或納米尺寸聚合物纖維的組織。
60. 含有權(quán)利要求44所述微米、亞微米或納米尺寸聚合物纖維的膜。
61. 含有權(quán)利要求44所述微米、亞微米或納米尺寸聚合物纖維的過(guò)濾器。
62. 含有權(quán)利要求44所述微米、亞微米或納米尺寸聚合物纖維的藥物輸送裝置。
63. 含有權(quán)利要求44所述微米、亞微米或納米尺寸聚合物纖維的微生物和生物防護(hù)織 物。
64. 含有權(quán)利要求44所述微米、亞微米或納米尺寸聚合物纖維的生物傳感器裝置。
65. 用于形成微米、亞微米或納米尺寸聚合物纖維的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括： 平臺(tái)，其用于支撐聚合物的靜態(tài)沉積物；和 旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，其堅(jiān)直地布置在所述平臺(tái)上方且沿垂直軸與所述平臺(tái)隔開(kāi)，所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu) 包括： 可繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的中芯軸，和 一個(gè)或多個(gè)固定于所述旋轉(zhuǎn)芯軸的葉片； 其中，所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)被設(shè)置，并且可運(yùn)行使得在旋轉(zhuǎn)時(shí)所述一個(gè)或多個(gè)葉片接觸所述 聚合物的表面以傳遞足夠的力，以便： 使所述聚合物的部分脫離與所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的一個(gè)或多個(gè)葉片的接觸，和 將所述聚合物的所述部分甩離與所述一個(gè)或多個(gè)葉片的接觸以及甩離所述聚合物的 沉積物，由此形成微米、亞微米或納米尺寸聚合物纖維。
66. 權(quán)利要求65所述系統(tǒng)，其中所述旋轉(zhuǎn)軸基本上偏移垂直軸90度。
67. 權(quán)利要求65所述系統(tǒng)，其中所述力基本上平行于所述聚合物的表面施加。
68. 權(quán)利要求65所述系統(tǒng)，其中所述力是瞬時(shí)力。
69. 權(quán)利要求65所述系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或多個(gè)葉片通過(guò)穿入所述聚合物，基本上平 行于所述聚合物的表面?zhèn)鬟f所述力，以形成彎月面。
70. 權(quán)利要求69所述系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或多個(gè)葉片穿入所述聚合物至1納米至1厘 米的深度。
71. 權(quán)利要求65所述系統(tǒng)，其中所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)以lOOrpm至500, OOOrpm的速率旋轉(zhuǎn)。
72. 權(quán)利要求65所述系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或多個(gè)葉片中的至少一個(gè)是矩形的。
73. 權(quán)利要求65所述系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或多個(gè)葉片中的至少一個(gè)是鋸齒形的，其中 所述鋸齒形的尖端穿入所述聚合物。
74. 權(quán)利要求65所述系統(tǒng)，進(jìn)一步包括： 通道或腔室，其在所述纖維形成之前或期間用于將所述聚合物供給到所述平臺(tái)上。
75. 權(quán)利要求74所述系統(tǒng)，其中所述聚合物以0. 01ml/min至100ml/min的速率供給。
76. 權(quán)利要求65所述系統(tǒng)，進(jìn)一步包括： 收集器，其布置在所述平臺(tái)附近用于收集所述纖維。
77. 權(quán)利要求76所述系統(tǒng)，其中所述收集器是固定的。
78. 權(quán)利要求76所述系統(tǒng)，其中所述收集器是可移動(dòng)的。
79. 權(quán)利要求78所述系統(tǒng)，其中所述收集器以線性方式移動(dòng)。
80. 權(quán)利要求78所述系統(tǒng)，其中所述收集器以旋轉(zhuǎn)方式移動(dòng)。
81. 權(quán)利要求65所述系統(tǒng)，其中所述聚合物是聚合物溶液。
82. 權(quán)利要求65所述系統(tǒng)，其中所述聚合物是聚合物熔體。
83. 權(quán)利要求65所述系統(tǒng)，其中所述纖維具有1納米至100微米的直徑。
84. 權(quán)利要求65所述系統(tǒng)，其中所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)被設(shè)置，并且且可運(yùn)行使得在旋轉(zhuǎn)時(shí)，所 述一個(gè)或多個(gè)葉片傳遞第二力至所述聚合物的表面，從而： 在所述表面形成第二彎月面，和 將在所述第二彎月面附近的部分聚合物甩離所述聚合物的沉積物，由此形成第二微 米、亞微米或納米尺寸聚合物纖維，其中所述第一和第二纖維基本上以相同的方向排列。
85. 權(quán)利要求65所述系統(tǒng)，其中所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)被設(shè)置且可運(yùn)行使得在旋轉(zhuǎn)時(shí)所述一個(gè) 或多個(gè)葉片傳遞第二力至所述聚合物的表面，從而： 在所述表面形成第二彎月面，和 將在所述第二彎月面附近的部分的聚合物甩離所述聚合物的沉積物，由此形成第二微 米、亞微米或納米尺寸聚合物纖維，其中所述第一和第二纖維以不同方向排列。
86. 權(quán)利要求65所述系統(tǒng)，其中所述旋轉(zhuǎn)芯軸的旋轉(zhuǎn)速度是可調(diào)的。
87. 權(quán)利要求65所述系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或多個(gè)葉片穿入所述聚合物的深度是可調(diào) 的。
88. 權(quán)利要求65所述系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或多個(gè)葉片傳遞所述力至所述聚合物的表面 所沿的方向是可調(diào)的。
89. 權(quán)利要求65所述系統(tǒng)，進(jìn)一步包括： 進(jìn)氣口，其在所述力傳遞至所述聚合物的表面之前或期間將氣體引入所述聚合物以促 使彎月面形成。
90. 權(quán)利要求89所述系統(tǒng)，其中所述氣體通過(guò)所述聚合物的碳酸化引入。
91. 權(quán)利要求65所述系統(tǒng)，進(jìn)一步包括： 一個(gè)或多個(gè)空氣葉片，其布置在所述聚合物附近用于增加所述纖維所經(jīng)歷的空氣湍 流。
92. 權(quán)利要求65所述系統(tǒng)，進(jìn)一步包括： 導(dǎo)管，其布置在所述聚合物附近用于為所述纖維提供路徑。
93. 權(quán)利要求65所述系統(tǒng)，進(jìn)一步包括： 用于容納所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的部件和堅(jiān)直位于所述平臺(tái)上方的另外的一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)結(jié) 構(gòu)。
94. 權(quán)利要求93所述系統(tǒng)，其中所述部件和所述另外的一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)沿相同的 旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，以形成多根纖維并基本上沿相同方向排列。
95. 權(quán)利要求93所述系統(tǒng)，其中所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)和所述另外的一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)沿不 同的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，以形成多根纖維并基本上沿不同方向排列。
96. 權(quán)利要求65所述系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)不包括用于形成所述纖維的噴嘴。
97. 權(quán)利要求65所述系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)不包括用于形成所述纖維的噴絲板。
98. 權(quán)利要求65所述系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)不使用靜電電壓來(lái)形成所述纖維。
99. 權(quán)利要求65所述系統(tǒng)，進(jìn)一步包括： 機(jī)構(gòu)，用于將試劑加入所述聚合物以使得所述纖維含有所述試劑。
100. 用于在微型空腔內(nèi)形成微米、亞微米或納米尺寸聚合物纖維的微型化系統(tǒng)，所述 系統(tǒng)包括： 聚合物供給管，其具有伸入所述空腔用于供給聚合物的供給端； 微型化旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，其提供在所述聚合物供給管的供給端附近，所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)包括： 可繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的中芯軸，和 一個(gè)或多個(gè)附著在所述旋轉(zhuǎn)芯軸上的葉片；和 運(yùn)動(dòng)發(fā)生器，用于使所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)繞所述旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)； 其中，所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)被設(shè)置且可運(yùn)行使得旋轉(zhuǎn)時(shí)，所述一個(gè)或多個(gè)葉片接觸所述聚合 物的表面以傳遞足夠的力，從而： 使部分的所述聚合物脫離與所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的所述一個(gè)或多個(gè)葉片的所述接觸，和 將所述聚合物的所述部分甩離與所述一個(gè)或多個(gè)葉片的接觸以及甩離所述聚合物的 沉積物，由此形成微米、亞微米或納米尺寸聚合物纖維。
101. 權(quán)利要求100所述系統(tǒng)，其中所述空腔是體腔，其收集所述聚合物纖維。
102. 權(quán)利要求100所述系統(tǒng)，其中所述聚合物供給管在所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)期間連續(xù) 供給所述聚合物。
103. 權(quán)利要求100所述系統(tǒng)，其中所述運(yùn)動(dòng)發(fā)生器是微型化的，且可插入所述空腔。
104. 權(quán)利要求100所述系統(tǒng)，其中所述微型化運(yùn)動(dòng)發(fā)生器是微動(dòng)馬達(dá)。
105. 權(quán)利要求100所述系統(tǒng)，其中所述運(yùn)動(dòng)發(fā)生器是非微型化的，且提供在所述空腔 外部。
106. 權(quán)利要求105所述系統(tǒng)，其中所述非微型化運(yùn)動(dòng)發(fā)生器遠(yuǎn)離所述空腔遠(yuǎn)程地控制 所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。
107. 權(quán)利要求100所述系統(tǒng)，進(jìn)一步包括： 一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)管，其連接至所述運(yùn)動(dòng)發(fā)生器，用于從所述空腔外部供給電力至所述運(yùn) 動(dòng)發(fā)生器。
108. 權(quán)利要求100所述系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或多個(gè)葉片中的至少一個(gè)是矩形的。
109. 權(quán)利要求100所述系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或多個(gè)葉片中的至少一個(gè)是鋸齒形的，其 中，所述鋸齒形的尖端穿入所述聚合物。
110. 權(quán)利要求100所述系統(tǒng)，其中所述中芯軸的旋轉(zhuǎn)速度是可調(diào)的。
111. 權(quán)利要求100所述系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或多個(gè)葉片穿入所述聚合物的深度是可調(diào) 的。
112. 權(quán)利要求100所述系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或多個(gè)葉片傳遞所述力至所述聚合物的所 述表面所沿的方向是可調(diào)的。
113. 權(quán)利要求100所述系統(tǒng)，進(jìn)一步包括： 進(jìn)氣口，其在將所述力傳遞至所述聚合物的表面之前或期間將氣體引入所述聚合物以 促使彎月面形成。
114. 權(quán)利要求113所述系統(tǒng)，其中所述氣體通過(guò)所述聚合物的碳酸化引入。
115. 權(quán)利要求100所述系統(tǒng)，進(jìn)一步包括： 導(dǎo)管，其布置在所述聚合物附近用于為所述纖維進(jìn)入所述空腔提供路徑。
116. 權(quán)利要求100所述系統(tǒng)，其中設(shè)置所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)以形成基本上沿相同方向取向的 多根微米、亞微米或納米尺寸聚合物纖維。
117. 權(quán)利要求100所述系統(tǒng)，其中設(shè)置所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)以形成基本上沿兩個(gè)或更多個(gè)方 向取向的多根微米、亞微米或納米尺寸聚合物纖維。
118. 權(quán)利要求100所述系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)不包括用于形成所述纖維的噴嘴。
119. 權(quán)利要求100所述系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)不包括用于形成所述纖維的噴絲板。
120. 權(quán)利要求100所述系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)不使用靜電電壓來(lái)形成所述纖維。
121. 權(quán)利要求100所述系統(tǒng)，進(jìn)一步包括： 機(jī)構(gòu)，其用于將試劑加入所述聚合物以使所述纖維包含所述試劑。
122. 用于形成微米、亞微米或納米尺寸聚合物纖維的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括： 平臺(tái)，其用于支撐聚合物的靜態(tài)沉積物；和 噴射嘴，其布置在所述平臺(tái)附近且與所述平臺(tái)隔開(kāi)，所述噴射嘴被設(shè)置為產(chǎn)生對(duì)準(zhǔn)所 述聚合物的氣體噴流，以使所述氣體噴流接觸所述聚合物的表面以施加足夠的力，以將部 分的所述聚合物甩離與所述氣體噴流的接觸以及甩離所述聚合物的沉積物，由此形成微 米、亞微米或納米尺寸聚合物纖維。
123. 權(quán)利要求122所述系統(tǒng)，其中所述力基本上平行于所述聚合物的表面施加。
124. 權(quán)利要求122所述系統(tǒng)，其中所述力是瞬時(shí)力。
125. 權(quán)利要求122所述系統(tǒng)，進(jìn)一步包括： 通道或腔室，其在所述纖維形成之間或期間用于將所述聚合物供給到所述平臺(tái)上。
126. 權(quán)利要求122所述系統(tǒng)，其中所述聚合物以0. Olml/min至100ml/min的速率供給 所述聚合物。
127. 權(quán)利要求122所述系統(tǒng)，進(jìn)一步包括： 收集器，其布置在所述平臺(tái)附近用于收集所述纖維。
128. 權(quán)利要求122所述系統(tǒng)，其中所述氣體噴流傳遞所述力至所述聚合物的表面所沿 方向是可調(diào)的。
129. 權(quán)利要求122所述系統(tǒng)，進(jìn)一步包括： 進(jìn)氣口，其在所述力傳遞至所述聚合物的所述表面之前或期間將氣體引入所述聚合物 以促使彎月面形成。
130. 權(quán)利要求129所述系統(tǒng)，其中所述氣體通過(guò)所述聚合物的碳酸化引入。
131. 權(quán)利要求122所述系統(tǒng)，進(jìn)一步包括： 一個(gè)或多個(gè)空氣葉片，其布置在所述聚合物附近用于增加所述纖維所經(jīng)歷的空氣湍 流。
132. 權(quán)利要求122所述系統(tǒng)，進(jìn)一步包括： 導(dǎo)管，其布置在所述聚合物附近用于為所述纖維提供路徑。
133. 權(quán)利要求122所述系統(tǒng)，其中傳遞至所述聚合物的表面的所述力是可調(diào)的。
134. 權(quán)利要求122所述系統(tǒng)，其中所述氣體噴流的速度是可調(diào)的。
135. 權(quán)利要求122所述系統(tǒng)，其中所述氣體是空氣。
136. 權(quán)利要求122所述系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)不包括用于形成所述纖維的噴嘴。
137. 權(quán)利要求122所述系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)不包括用于形成所述纖維的噴絲板。
138. 權(quán)利要求122所述系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)不使用靜電電壓來(lái)形成所述纖維。
139. 權(quán)利要求122所述系統(tǒng)，進(jìn)一步包括： 機(jī)構(gòu)，其用于將試劑加入所述聚合物以使所述聚合物包含所述試劑。
【文檔編號(hào)】B29C55/00GK104114349SQ201280067400
【公開(kāi)日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2012年11月16日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月17日
【發(fā)明者】K·K·帕克, M·R·巴德洛薩邁, J·A·戈斯 申請(qǐng)人:哈佛學(xué)院院長(zhǎng)等