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展到加工噴霧運動服用于逐漸加熱或冷卻運動員身體，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。