新概念 | 便攜式紡絲設備可實現點對點紡絲控制

紡制納米纖維的方法有很多，利用離心力、毛細管力、電場力、拉伸力、吹塑、熔融和蒸發等方法，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，哈佛大學研究人員開發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》上發表。

這種便攜式納米紡絲設備生產效率高，而且可以精確控制取向，紡制的納米纖維可用于戰場上的傷口包袱、定制面料的紡制等。研究者們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。

在哈佛大學實驗之前，已經有旋轉噴射紡絲技術和浸沒式旋轉噴射紡絲技術可以將聚合物和蛋白質溶解，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便攜。最新的制造方法，拉伸紡絲，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，并且在從鬃毛分離之前凝固，進入收集器。

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過程參數——設置控制纖維直徑的溶液黏度，工藝參數的簡單可大大簡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控制肌肉組織生長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。

“這個簡單的概念驗證研究證明了該系統可點對點紡絲的實用性，”  哈佛大學生物工程與應用物理學教授 和疾病生物物理學組長主任Kit Parker說，“可定制生產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備制作。該團隊將纖維網絡直接應用于芭比娃娃的膝關節。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創想。

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聚合物射流。