新概念 | 便攜式紡絲設(shè)備可實現(xiàn)點對點紡絲控制

紡制納米纖維的方法有很多，利用離心力、毛細(xì)管力、電場力、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(shè)備和一定的室內(nèi)條件。近日，哈佛大學(xué)研究人員開發(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(shè)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(zhàn)場上的傷口包袱、定制面料的紡制等。研究者們通過調(diào)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(shè)計出適合各種形狀的特殊服裝。

在哈佛大學(xué)實驗之前，已經(jīng)有旋轉(zhuǎn)噴射紡絲技術(shù)和浸沒式旋轉(zhuǎn)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有實現(xiàn)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(zhuǎn)鬃，拉出一小滴溶液進(jìn)入噴射器，纖維以螺旋軌道運(yùn)動，并且在從鬃毛分離之前凝固，進(jìn)入收集器。

與其他紡絲設(shè)備需要設(shè)置很多參數(shù)不同，這種拉伸紡絲方法只需設(shè)置一個過程參數(shù)——設(shè)置控制纖維直徑的溶液黏度，工藝參數(shù)的簡單可大大簡化工作臺的使用步驟從而提高設(shè)備的適應(yīng)性。

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

“這個簡單的概念驗證研究證明了該系統(tǒng)可點對點紡絲的實用性，”  哈佛大學(xué)生物工程與應(yīng)用物理學(xué)教授 和疾病生物物理學(xué)組長主任Kit Parker說，“可定制生產(chǎn)的納米纖維未來可以擴(kuò)展到加工噴霧運(yùn)動服用于逐漸加熱或冷卻運(yùn)動員身體，或紡制無菌繃帶直接附著于傷口和可局部變化機(jī)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設(shè)備制作。該團(tuán)隊將纖維網(wǎng)絡(luò)直接應(yīng)用于芭比娃娃的膝關(guān)節(jié)。目前這一應(yīng)用仍處于概念性階段，這只是該團(tuán)隊對于便攜式紡絲應(yīng)用的一點創(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(tǒng)由旋轉(zhuǎn)的刷毛組成，其以螺旋軌跡傾斜并拉動聚合物射流。