随着全球化竞争的日益加剧,纺织产业需要革新技术来加工高附加值的功能性纺织产品。在传统纺织行业中,纤维以及纱线是最广泛使用的主体材料。但是,就目前的纺织加工技术而言,只能生产出直径至少为10微米以上的纤维。随着科学技术的发展,纳米技术可以加工出直径为几纳米到几百纳米的纤维。纳米纤维具有许多新奇的性能,如体积效应、表面效应等,如果可以将纳米技术引入传统纺织产业中可以改善纺织产业的现状,加工出高附加值的功能性纺织品。静电纺丝是制备纳米纤维最直接有效并且简单通用的方法之一。利用静电纺丝技术加工的纳米纤维纱线具有连续的一维线性纤维集合体特征,可用于传统的纺织加工技术中,如编织、机织、针织等。本论文针对目前静电纺纳米纤维纱线加工过程中存在的问题,如纳米纤维产量低、取向度差、可纺连续性差以及力学性能低等,自行设计了一套对喷牵引式连续自取向静电纺纱装置,用于实现取向纳米纤维纱线的连续、可控以及实验室规模化制备。通过理论与实验相结合的方式,研究了该实验装置的成纱机理,并对纺纱参数进行了优化。然后,以取向纳米纤维纱线为原料,结合传统的纺织加工技术如编织、机织以及针织等,加工了织物小样。最后,探索了取向纳米纤维纱线及其织物在生物医学工程领域中的应用。首先基于共轭静电纺丝、静电感应以及尖端放电等原理,自行设计了一套完整的静电纺纳米纤维纱线制备装置,研究了成纱过程中取向纳米纤维的控制机理以及纺纱三角锥的形成机理。采用ansoftmaxwell电场软件对静电纺纱装置的3d电场分布进行了模拟,分析探讨了不同针头配置以及电压施加方式对静电纺纱装置电场分布的影响。研究了纱线形成过程中纺纱三角锥的形成机理,探讨了不同针头配置以及电压施加方式对纺纱三角锥稳定性的影响。得出了静电纺纱装置的最佳配置方案为:两个喷丝头呈对称相对配置,且施加相反的高压静电电压,金属圆靶与空心金属杆不接地。采用该静电纺纱装置可实现多种聚合物的纺纱,如聚丙烯腈(pan)、聚己内酯(pcl)、聚偏氟乙烯(pvdf)以及聚氨酯(pu)等,证明该方法具有普遍适用性,并且加工的纳米纤维纱线取向度高、细度均匀。之后,对静电纺纱实验装置进行了改进,可用于加工纳米纤维包芯纱,纳米纤维能够均匀且取向地包覆在芯纱的表面,可用于传统纺织纱线或者长丝的改性处理,提高产品附加值。对对喷牵引式连续自取向静电纺纱装置制备取向纳米纤维纱线进行实验研究,探索有关纺纱规律。以pan为模型聚合物,研究了不同溶液性能以及工艺参数对纳米纤维纱线的成纱稳定性、可控性,以及纱线的形态、结构、力学性能的影响。随着纺丝液浓度的增大,溶液的粘度增大,纤维和纱线的直径均增大。纺丝电压以及金属圆靶的转速对纳米纤维的直径无显著影响。随着纺丝距离的增大,纤维及纱线的直径均呈现先增加后减小的趋势。随着溶液流量的增大,纳米纤维及其纱线的直径均呈现增大的趋势。纱线的直径随着导纱距离以及金属圆靶转速的增大而减小。纺丝距离、导纱距离以及金属圆靶转速是影响纱线中纤维取向的主要因素。增加纱线中纳米纤维的取向度,能够显著提高纱线的力学性能。纺丝液中单壁碳纳米管(swcnts)的添加对复合纱线中纤维的取向无明显影响。当swcnts的质量分数较高时,swcnts会在纤维中团聚。少量swcnts的加入,对复合纱线的力学性能具有增强效应。由于人体的许多组织如平滑肌、血管、心脏瓣膜以及神经等,具备各向异性的结构,因而具有各向异性的功能以及力学性能,纳米纤维纱线具备纤维直径小、取向度高、力学性能好等特点,是一种十分优良的组织工程支架加工原料。研究了人类脂肪干细胞(hadscs)在pan取向纳米纤维纱线上的生长情况。pan取向纳米纤维纱线能够支持hadscs的粘附、生长、增殖以及向平滑肌细胞(smcs)、成骨细胞(osteoblasts)的定向分化。更为重要的是取向纳米纤维纱线可以通过接触引导的方式诱导细胞沿着特定的方向取向生长,对细胞行为具有较好的调控能力。与传统的微米纤维纱线相比,取向纳米纤维纱线可以为细胞的生长提供更多的位点,能够有效地促进细胞的粘附以及增殖。取向纳米纤维纱线具有较高的力学性能,可作为基本加工单元用于编织、机织以及针织等传统纺织技术中,构建各种不同构型的三维空间纳米纤维集合体,满足不同组织工程支架材料的各种不同需求。此外,取向纳米纤维纱线及其形成的织物,也可以同水凝胶系统(如透明质酸、明胶、胶原蛋白以及藻酸盐等)结合,形成具有细胞活性的水凝胶/纱线或织物复合支架材料,可用于设计与制备具备复杂结构的组织工程支架,同时可提高传统纺织制品的附加值。心脏瓣膜疾病是一种危害人类健康的常见疾病,性能优异的心脏瓣膜支架材料的研发迫在眉睫。以取向纳米纤维纱线以及微米纤维纱线组成的机织物为基本原料,辅以水凝胶,加工了一种具有细胞活性的微纳米纤维机织物/水凝胶复合材料支架,探索其在心脏瓣膜组织工程领域中的应用。从形态结构角度而言,水凝胶可以模拟人体心脏瓣膜ecm的化学组分以及生理环境特点;微纳米纤维机织物具有各向异性的结构特点,而且具有纤维形态,尤其是其含有纳米纤维可以有效的模拟人体心脏瓣膜ecm中的纤维形态;而微纳米纤维机织物/水凝胶复合材料结合了二者的优点。与纯微纳米纤维机织物以及水凝胶相比,微纳米纤维机织物/水凝胶复合材料具有与人类主动脉心脏瓣叶相似的一维拉伸力学曲线以及各项力学指标。从小儿科人类主动脉瓣膜间质细胞(havics)在各支架中ecm的分泌与形成、细胞表型的维持等角度来看,微纳米纤维机织物/水凝胶复合材料更适宜做心脏瓣膜支架材料。更重要的是,微纳米纤维机织物/水凝胶复合材料更能抑制diseasedhavics向肌成纤维细胞表型的转化,并且更能有效地抑制diseasedhavics继续向成骨细胞表型的转化,防止瓣叶钙化的加剧。最后,以pan取向纳米纤维纱线为预前体原料,经过预氧化以及皂化处理工艺,加工了一种pan基取向凝胶纳米纤维纱线。对预氧化以及皂化处理工艺进行了优化。综合各项性能认为,最佳的预氧化温度处理温度为230 oC,最佳的碱液浓度为0.5 N NaOH,处理时间为20 min。采用PAN基取向凝胶纳米纤维纱线为基本原料,制备了一种p H响应型微致动器。该微致动器具有十分灵敏的pH响应特性且无响应滞后性,在弱酸性的环境中(pH值为4-7的区间),纱线的直径以及长度会发生急剧变化,长度变化率以及直径变化率分别可达到100%以及900%。而且,该致动器能够支持HADSCs的粘附、生长、增殖、以及向SMCs的定向分化,并且可以诱导HADSCs沿着特定的方向取向生长,在线性微致动器、人造肌肉以及药物可控释放等生物医学领域具有潜在的应用前景。采用PAN基取向凝胶纳米纤维纱线为基本原料,以鸡胚胎心肌细胞为驱动力,制备了一种细胞驱动型微致动器。该微致动器可以有效地促进心肌细胞的粘附、生长以及增殖,并且可以维持心肌细胞的正常表型。更为重要的是,该致动器可以很好地诱导心肌细胞的取向,使心肌细胞产生高度取向的肌节结构,肌节之间有横纹连接,形成类似天然心脏肌肉组织的肌节束状结构,可以实现微致动器输出动力的最大化。该微致动器具有十分优良的致动性能,到7天时,微致动器的搏动频率仍可达到每分钟61次。该微致动器在药物筛选、生物微机器人、仿生器件等生物医学领域具有广阔的应用前景。