新概念 | 便攜式紡絲設備可實(shí)現點(diǎn)對點(diǎn)紡絲控制

紡制納米纖維的方法有很多，利用離心力、毛細管力、電場(chǎng)力、拉伸力、吹塑、熔融和蒸發(fā)等方法，這些制作方法各有利弊，而且都需要繁重的設備和一定的室內條件。近日，哈佛大學(xué)研究人員開(kāi)發(fā)出了一種輕巧便攜的納米纖維紡絲裝置，并將這項研究在《大分子材料與工程》上發(fā)表。

這種便攜式納米紡絲設備生產(chǎn)效率高，而且可以精確控制取向，紡制的納米纖維可用于戰場(chǎng)上的傷口包袱、定制面料的紡制等。研究者們通過(guò)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里高度定向的組織，還可以設計出適合各種形狀的特殊服裝。

在哈佛大學(xué)實(shí)驗之前，已經(jīng)有旋轉噴射紡絲技術(shù)和浸沒(méi)式旋轉噴射紡絲技術(shù)可以將聚合物和蛋白質(zhì)溶解，再利用離心力或沉淀方法將聚合物射流拉伸、固化成納米纖維，這些方法更利于批量生產(chǎn)DNA、尼龍、聚對苯二甲酰對苯二胺，但是這些制備手段還沒(méi)有實(shí)現便攜。最新的制造方法，拉伸紡絲，用浸在聚合物或蛋白質(zhì)容器中的高速旋轉鬃，拉出一小滴溶液進(jìn)入噴射器，纖維以螺旋軌道運動(dòng)，并且在從鬃毛分離之前凝固，進(jìn)入收集器。

與其他紡絲設備需要設置很多參數不同，這種拉伸紡絲方法只需設置一個(gè)過(guò)程參數——設置控制纖維直徑的溶液黏度，工藝參數的簡(jiǎn)單可大大簡(jiǎn)化工作臺的使用步驟從而提高設備的適應性。

研究人員展示了使用聚己內酯和明膠纖維來(lái)控制肌肉組織生長(cháng)和作用于生物支架的概念驗證應用，以及用于服裝的尼龍和聚氨酯纖維的紡制。

“這個(gè)簡(jiǎn)單的概念驗證研究證明了該系統可點(diǎn)對點(diǎn)紡絲的實(shí)用性，”  哈佛大學(xué)生物工程與應用物理學(xué)教授 和疾病生物物理學(xué)組長(cháng)主任Kit Parker說(shuō)，“可定制生產(chǎn)的納米纖維未來(lái)可以擴展到加工噴霧運動(dòng)服用于逐漸加熱或冷卻運動(dòng)員身體，或紡制無(wú)菌繃帶直接附著(zhù)于傷口和可局部變化機械性能的織物。 ”

研究人員表明，穿著(zhù)的服裝可以使用拉伸紡絲設備制作。該團隊將纖維網(wǎng)絡(luò )直接應用于芭比娃娃的膝關(guān)節。目前這一應用仍處于概念性階段，這只是該團隊對于便攜式紡絲應用的一點(diǎn)創(chuàng )想。

拉伸紡絲裝置的示意圖，展示了從聚合物儲存器拉出的纖維。牽引紡紗系統由旋轉的刷毛組成，其以螺旋軌跡傾斜并拉動(dòng)聚合物射流。