静电纺丝是制备纳米纤维最简单易行的方法，静电纺纳米纤维具有较大的比表面积，较高的孔隙率以及可控的纳米纤维直径等特征。因此受到了越来越多的关注，被应用到增强复合材料，过滤膜，传感器，药物缓释和组织工程等各个方面。但是目前应用的随机排列的纳米纤维强度较低，在很大程度上限制了纳米纤维的应用。静电纺取向纳米纤维可以有效地提高纳米纤维的机械强度，而且取向的纳米纤维形态可以引导药物和蛋白等的定向释放，引导细胞的定向生长，在药物释放和组织工程方面有更加广阔的应用。

本文在前人研究的基础上，分析静电纺过程中射流的受力，研究溶液的表面张力对静电纺射流的形成和拉伸的影响。然后在射流拉伸分析的基础上，研究射流的运动，并通过自行设计的装置控制射流的运动，制备取向的纳米纤维。最后研究取向的纳米纤维在血管组织工程方面的应用。

本文首先利用质量守恒定律，电荷守恒定律和动量守恒定律分析静电纺射流的受力，从理论方面研究溶液的表面张力对静电纺射流形成和拉伸的影响。结果表明溶液的表面张力与射流形成的临界电压之间的关系为Φc～γ；射流的半径R与射流距离截取点之间的纵向距离z之间的关系为：R-Cz-1/2+C1其中C是关于溶液表面张力的一个常数。然后在聚乙烯醇(PVA)中加入了不同含量的阴离子表面活性剂，降低溶液的表面张力，从实验方面验证溶液的表面张力对射流形成和拉伸的影响。

实验结果与理论分析的结果是一致的，即射流形成的临界电压与溶液的表面张力成一个正比例的关系，溶液的表面张力越小，射流形成的临界电压越小。溶液的表面张力对射流的拉伸没有影响，不同的表面张力下，射流的直径与纵向距离之间的关系都是R～z-1/2；但是溶液的表面张力对射流的直径有很大的影响，即溶液的表面张力越小，射流的直径越小。为了进一步研究溶液的表面张力对静电纺纳米纤维性能的影响，本文还在PVA溶液中加入了不同种类(阳离子，阴离子，非离子和两性表面活性剂)不同含量的表面活性剂，研究表面活性剂对溶液性质以及纳米纤维形态和性能的影响。

结果表明当表面活性剂的含量小于1%时，PVA溶液的表面张力会随着表面活性剂含量的增加而减小；PVA溶液的粘度会随着阳离子和阴离子表面活性剂含量的增加而增加；除了非离子表面活性剂，在PVA溶液中加入其它三种表面活性剂都会有效地增加PVA溶液的电导率。另外，在PVA溶液中加入表面活性剂，可以有效地降低纳米纤维的直径，当加入1%的非离子表面活性剂以后，纳米纤维的直径从405nm降低到了100nm。而且纳米纤维的热学性能和结晶度都随着表面活性剂的加入而提高了。在分析射流拉伸运动的基础上，本文利用麦克斯韦电场方程以及电荷之间的库伦斥力研究纳米纤维取向排列的机理。平行电极对纳米纤维产生的附加电场改变了接收装置的静电场分布，根据最低能量定理，纳米纤维最终将沿着与电极垂直的方向取向排列。由于沉积下来的纳米纤维还带有一些电荷，已经沉积的纳米纤维对刚沉积下来的纳米纤维有一个库伦斥力，纳米纤维之间存在的库伦斥力进一步增加纤维的取向排列。

在理论分析的基础上，改进现有的静电纺设备，通过引入辅助电极，自行设计了平行金属板和滚筒平行电极等取向纳米纤维的收集装置。两块平行排列的金属板相当于一个电容，将两块金属板接相同的负电压，在静电纺过程中，两块金属板会同时对射流有一个相同的拉伸力，纳米纤维最终将沿垂直于金属板的方面取向沉积下来。而滚筒平行电极组合收集装置不仅可以提高纳米纤维的收集面积，而且通过改变滚筒和平行电极的位置，还可以制取取向方向不同的分层的取向纳米纤维。利用平行金属板收集装置和平行电极滚筒组合的收集装置进行静电纺丝，收集取向排列的PVA和聚乳酸(PLLA)纳米纤维。

最后本文还利用Ansoft Maxwell电磁场模拟软件，模拟平行金属板装置和滚筒平行电极组合装置的电场强度分布，从电场方面验证了纳米纤维在平行金属板收集装置和滚筒平行电极组合收集装置中的取向排列。人体的许多组织，例如神经组织，肌肉组织和心脏组织中，其微观结构都是高度取向的。在血管组织工程中，平滑肌细胞(SMCs)沿血管壁中间膜的取向排列是本体动脉血管的一个关键特征，取向的聚合物纳米纤维可以被用作细胞外基质(ECM)的替代材料，为细胞的粘附生长提供支架材料和机械强度，并通过纳米纤维的形态调节细胞的生长行为。本论文利用静电纺丝的方法制备非取向和取向排列的聚氨酯(PU)和混合的聚氨酯/胶原蛋白(PU/Coll)纳米纤维，用作血管组织工程的支架材料，研究取向纳米纤维对引导细胞取向生长的作用。

由于静电纺过程中旋转的滚筒所产生的拉伸力，取向的纳米纤维的直径略小于非取向的纳米纤维，取向的纳米纤维还具有各向异性的亲水性能和力学性能，其性能特征与血管ECM的微观结构更相似。在PU和PU/Coll纳米纤维表面培养SMCs，结果表明：胶原蛋白的嵌入有效地提高了SMCs的增殖率，取向的PU/Coll纳米纤维通过纤维的接触引导作用促使了SMCs的取向生长，且SMCs的延伸的纺锥形态与体内的SMCs的纺锥形态更接近。培养在取向的PU/Coll纳米纤维表面的SMCs表现出了较强的，均匀的，取向的SMA和MHC蛋白表达。取向的PU/Coll纳米纤维具有更小的直径，各向异性的亲水性和力学性能，还可以促使SMCs的取向生长，提高SMCs的蛋白表达，是更好的血管组织工程支架材料。血管内皮细胞(ECs)是血管壁中一种非常重要的细胞，在血管支架材料表面培养内皮细胞(ECs)将赋予了支架的抗血栓性，有效地阻止血管支架的血栓形成，提高血管移植物的成功率。但是ECs是一种成熟的细胞，其增殖能力有限，间充质干细胞(MSCs)是一种多功能干细胞，具有强大的增殖能力和多向分化潜能，在适宜的体内或体外环境下可分化为血管内皮细胞。因此研究MSCs向ECs的分化对于血管组织工程具有非常重要的意义。

本文制备取向的聚乳酸(PLLA)和混合的聚乳酸／胶原蛋白(PLLA/Coll)纳米纤维，进一步研究取向的纳米纤维形态对MSCs向ECs的分化的影响。取向的PLLA/Coll纳米纤维具有更小的纳米纤维直径，各向异性的亲水性和机械性能，与血管壁ECM的微观性能更接近。在非取向和取向纳米纤维支架表面培养MSCs，发现培养在取向的PLLA/Coll纳米纤维表面的MSCs表现出来取向的鹅卵石形态，与体内的内皮细胞的形态最接近。蛋白染色结果表明培养在取向纳米纤维表面的MSCs显现出了更强的ECs的特征蛋白CD31和vWF，取向的纳米纤维形态有效地提高了MSCs的增殖率和向ECs方向的分化。较好的机械性能，特殊的纳米纤维形态以及各向异性的亲水性能等赋予了取向纳米纤维更广的应用范围，本文首先从理论上分析静电纺射流的受力，控制射流的运动，进而通过自行设计的接收装置制备取向的纳米纤维，并将取向的纳米纤维应用到血管组织工程中，为进一步扩宽取向纳米纤维的应用奠定了基础。