[發明專利]一種微流控紡絲裝置及方法

有效

• 申請號: 201910308340.3
• 申請日: 2019-04-17
• 公開（公告）號: CN110029402B
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: 劉凱;張洪杰;陳東;楊晨靜
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春應用化學研究所;浙江大學
• 主分類號: D01D5/40
• 分類號: D01D5/40
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 趙青朵

本發明涉及微流控技術領域，尤其涉及一種微流控紡絲裝置及方法，所述裝置包括：導氣微管；設置在所述導氣微管內部的導液微管和纖維收集管；所述導液微管的出液管口擠出的纖維溶液和所述導氣微管中的部分氣體經由所述纖維收集管的進口進入所述纖維收集管；所述導液微管的進口與液體注射器相連，所述導氣微管的進口與空氣泵相連。從所述導液微管的出液管口擠出纖維溶液，進入所述纖維收集管的部分氣體形成所述纖維溶液的鞘氣，纖維溶液在所述鞘氣的剪切作用下，溶劑揮發，溶質固化，從而在纖維收集管中形成纖維。本發明提供的微流控紡絲裝置生產的纖維直徑更小，力學性能更優。

技術領域

本發明涉及微流控技術領域，尤其涉及一種微流控紡絲裝置及方法。

背景技術

高強纖維材料廣泛應用于航空航天、武器裝備等軍事領域和汽車制造等民用領域，其中以凱夫拉、鋼絲、碳纖維最為典型。雖然這些材料具有較高的楊氏模量和力學強度，但是其密度高、延展性差、韌性低、無生物相容性、不可降解，無法滿足人們對材料的更高要求。生物纖維具有低密度、高力學強度、高韌性、優異的延展性、可降解和生物相容等優點，有望成為新一代輕質高強纖維材料，已是世界各國激烈競爭的焦點。

微流控技術通過控制溶液種類、粘度、流速等參數，能夠實現可控制備形狀、尺寸均一的微納米液滴及連續纖維。微流控紡絲技術通過將蛋白溶解于溶劑中，從微管出口將蛋白溶液擠出，進行紡絲。但傳統微流控紡絲只能制備簡單的纖維結構，且得到的蛋白纖維力學性能較差。

發明內容

有鑒于此，本發明要解決的技術問題在于提供一種微流控紡絲裝置及方法，采用本發明的微流控紡絲裝置生產的纖維直徑更小、力學性能更優。

本發明提供了一種微流控紡絲裝置，包括：

導氣微管；

設置在所述導氣微管內部的導液微管和纖維收集管；

所述導液微管的出液管口擠出的纖維溶液和所述導氣微管中的氣體經由所述纖維收集管的進口進入所述纖維收集管；

所述導液微管的進口與液體注射器相連，所述導氣微管的進口與空氣泵相連。

優選的，所述導氣微管、導液微管和纖維收集管同軸放置。

優選的，所述導液微管的出液管口為錐形。

優選的，所述纖維收集管的進口的尺寸不小于所述導液微管的出液管口的尺寸。

優選的，所述纖維收集管的進口的管徑為400μm；

所述導液微管的出液管口的管徑為200μm。

優選的，所述導液微管的進口通過聚乙烯管與液體注射器的液體出口相連，所述導氣微管的進口通過橡膠管與空氣泵的氣體出口相連。

優選的，還包括注射泵和空氣閥；

所述注射泵與液體注射器相連，用于控制液體注射器的進給速度；

在所述導氣微管與空氣泵之間設置有空氣閥，用于控制導氣微管進口處的氣體流速。

優選的，所述纖維收集管上設置有氣體出口，用于排出進入所述纖維收集管的鞘層氣體。

本發明還提供了一種在上文所述微流控紡絲裝置上進行微流控紡絲的方法，包括以下步驟：

通過液體注射器將蛋白溶液通入導液微管，控制所述液體注射器的進給速度為0.5～2mL/h；

通過空氣泵將鞘層氣體通入導氣微管，控制導氣微管進口處的氣體流速為1～50mL/min；所述鞘層氣體為不與蛋白溶液發生反應的氣體；

從所述導液微管擠出的液體在鞘層氣體的作用下形成纖維，在纖維收集管中收集纖維。