[發明專利]一種仿生多組分纖維的制備方法及應用

有效

• 申請號: 202010424736.7
• 申請日: 2020-05-19
• 公開（公告）號: CN111485296B
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 趙遠錦;郭佳慧;王月桐
• 申請（專利權）人: 南京鼓樓醫院
• 主分類號: D01D5/34
• 分類號: D01D5/34;D01D1/09;D01F8/16;D01F8/10;D01F8/18;D01F1/09;H01G11/00
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 蔣廈

本發明涉及一種仿生多組分纖維的制備方法及應用，包括外殼層和多內核層，所述外殼層由機械性能優異的生物材料組成，所述多內核層由電學性能優異的生物材料組成，以保證仿生多組分纖維的拉伸性能和電學性能，并通過控制內核的個數及外殼和內核的厚度比例，精確調整纖維的拉伸性能和電學性能；所述的外殼層和多內核層通過多組分微流控技術制備得到。本發明所述的多組分纖維同時具有良好的機械性能和電學性能，所述的微流控紡絲的制備方法具有成本低廉、組裝和操控方便、安全可靠以及可對纖維形貌進行精確操控的優點。本發明提供了所制備仿生多組分纖維在柔性電子方面的應用，其在電學性能良好的表現出良好的柔性和循環性，適用性較強。

技術領域

本發明涉及生物材料領域，具體涉及一種仿生多組分纖維的制備方法及應用。

背景技術

作為一項新興的技術，柔性電子具有可穿戴性和可便攜性等特點，已被應用到人類社會的各個方面。為了適應柔性電子的快速發展，多種具有足夠能量密度及長循環壽命的儲能裝置如超級電容器正被廣泛研究開發。目前，纖維狀柔性電子由于其重量輕、柔性好、成本低等優點，被認為是最有前途的發展趨勢。但是，當前的這些纖維狀柔性電子的制備策略主要基于多步涂覆或手動絞合，通常制備過程復雜、耗時耗力且無法實現精準控制。因此，一種簡便的并可實現精確控制的纖維狀柔性電子的生成方式仍值得期待。

目前簡便的可控地制備纖維的方式有直接拉伸法，濕法紡絲，電紡絲，和微流紡紡絲等。其中，微流控紡絲技術可以對設定好的微流控通道內的流體進行精確和系統的操控，因此成為了連續制備纖維狀功能材料的最佳選擇。通過調整微流控紡絲過程中，流體的濃度、流速和粘度等流變參數，微流控通道內流體的流動狀態就會相應地改變，從而對纖維性能和結構產生一定影響。同時，微流控紡絲技術由于其操作簡便，成本低廉，安全可靠等優勢，在包括細胞培養、藥物緩釋、等生物醫學工程應用上顯示出巨大潛力。但是，利用微流控紡絲技術制備纖維狀柔性電子仍有待開發。

因此，在本發明中，我們受自然界中家蠶紡絲過程和蠶絲分級結構的啟發，基于微流控紡絲技術，制備得到一種多組分纖維，并將于應用于柔性超級電容器等柔性電子系統中。

發明內容

本發明的目的是針對上述現有的對于簡便可控地制備纖維狀柔性電子的研究的缺乏，而提供了一種基于微流控紡絲技術，簡便可控制備得到多組分纖維，并應用于超級電容器等柔性電子系統中。

為實現上述目的，本發明提供的技術方案是：

一種仿生多組分纖維，包括外殼層和多內核層，所述外殼層由機械性能優異的生物材料組成，所述多內核層由電學性能優異的生物材料組成，以保證仿生多組分纖維的拉伸性能和電學性能，并通過控制內核的個數及外殼和內核的厚度比例，精確調整纖維的拉伸性能和電學性能；所述的外殼層和多內核層通過多組分微流控技術制備得到。

所述的仿生多組分纖維的制備方法，其制備包括以下步驟：

(1)制備多組分微流控裝置：通過將若干個拉伸成錐形的毛細管作為內核流體通道，同軸地組裝到作為殼層前驅溶液通道的中間相毛細管中，再將所有毛細管同軸地插入用于固化殼層前驅溶液流體通道的外相收集毛細管中；

(2)配制用于制備內核層的電學性能良好的內核溶液、用于制備外殼層的機械性能良好的殼層前驅溶液以及用于固化外殼前驅液的固化溶液；分別通入步驟(1)中的若干個毛細管內核流體通道、中間相毛細管流體通道以及外相收集毛細管流體通道中，并使所有流體同向流動；

(3)通過調整各相溶液的流速，實現對多組分纖維的核殼比的精確控制；通過調整微流控裝置的內核流體通道的數量，實現對多組分纖維的內核數量的精確控制；從而實現對多組分纖維的機械性能和電學性能的調控。

步驟(1)中，利用透明環氧樹脂在必要的毛細管接口處進行密封。

利用各相溶液之間呈現層流狀態的性質，形成與毛細管截面結構相對應的多組分纖維。