新概念 | 便攜式紡絲設備可實現點對點紡絲控製

紡製納米纖維的方法有很多，利用離心力、毛細管力、電場力、拉伸力、吹塑、熔融和蒸發等方法，這些製作方法各有利弊，而且都需要繁重的設備和一定的室內(nei) 條件。近日，哈佛大學研究人員開發出了一種輕巧便攜的納米纖維紡絲(si) 裝置，並將這項研究在《大分子材料與(yu) 工程》上發表。

這種便攜式納米紡絲(si) 設備生產(chan) 效率高，而且可以精確控製取向，紡製的納米纖維可用於(yu) 戰場上的傷(shang) 口包袱、定製麵料的紡製等。研究者們(men) 通過調整纖維取向和沉積方式，建造納米纖維支架，這種支架可以模擬身體(ti) 裏高度定向的組織，還可以設計出適合各種形狀的特殊服裝。

在哈佛大學實驗之前，已經有旋轉噴射紡絲(si) 技術和浸沒式旋轉噴射紡絲(si) 技術可以將聚合物和蛋白質溶解，再利用離心力或沉澱方法將聚合物射流拉伸、固化成納米纖維，這些方法更利於(yu) 批量生產(chan) DNA、尼龍、聚對苯二甲酰對苯二胺，但是這些製備手段還沒有實現便攜。最新的製造方法，拉伸紡絲(si) ，用浸在聚合物或蛋白質容器中的高速旋轉鬃，拉出一小滴溶液進入噴射器，纖維以螺旋軌道運動，並且在從(cong) 鬃毛分離之前凝固，進入收集器。

與(yu) 其他紡絲(si) 設備需要設置很多參數不同，這種拉伸紡絲(si) 方法隻需設置一個(ge) 過程參數——設置控製纖維直徑的溶液黏度，工藝參數的簡單可大大簡化工作台的使用步驟從(cong) 而提高設備的適應性。

研究人員展示了使用聚己內(nei) 酯和明膠纖維來控製肌肉組織生長和作用於(yu) 生物支架的概念驗證應用，以及用於(yu) 服裝的尼龍和聚氨酯纖維的紡製。

“這個(ge) 簡單的概念驗證研究證明了該係統可點對點紡絲(si) 的實用性，”  哈佛大學生物工程與(yu) 應用物理學教授 和疾病生物物理學組長主任Kit Parker說，“可定製生產(chan) 的納米纖維未來可以擴展到加工噴霧運動服用於(yu) 逐漸加熱或冷卻運動員身體(ti) ，或紡製無菌繃帶直接附著於(yu) 傷(shang) 口和可局部變化機械性能的織物。 ”

研究人員表明，穿著的服裝可以使用拉伸紡絲(si) 設備製作。該團隊將纖維網絡直接應用於(yu) 芭比娃娃的膝關(guan) 節。目前這一應用仍處於(yu) 概念性階段，這隻是該團隊對於(yu) 便攜式紡絲(si) 應用的一點創想。

拉伸紡絲(si) 裝置的示意圖，展示了從(cong) 聚合物儲(chu) 存器拉出的纖維。牽引紡紗係統由旋轉的刷毛組成，其以螺旋軌跡傾(qing) 斜並拉動聚合物射流。