[發明專利]微流控紡絲裝置、螺旋型核殼結構導電纖維及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202011575034.5
• 申請日: 2020-12-28
• 公開（公告）號: CN112593302A
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 趙遠錦;郭佳慧;王健;王月桐;余筠如
• 申請（專利權）人: 南京鼓樓醫院
• 主分類號: D01D5/34
• 分類號: D01D5/34;G01B7/16;G01L1/18;G01L1/22
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 徐燕

本發明公開了微流控紡絲裝置、螺旋型核殼結構導電纖維及其制備方法和應用，該方法基于微流控紡絲裝置，通過將鞘層溶液和核層溶液先后導入中間相毛細管和內相毛細管，得到層流狀態的核殼結構纖維，再將固化溶液通入外相毛細管中，使鞘層快速固化從而復刻溶液層流狀態結構，通過調整微流控紡絲裝置的內外相流體流速比，得到螺旋型核殼結構導電纖維；該微流控紡絲裝置通道簡單、成本低廉、組裝和操作方便，制備方法簡單。螺旋型核殼結構纖維以MXene水溶液作為核層，鞘層是生物相容性較好的藻酸鹽水凝膠材料，在保證核殼結構良好的同時，賦予了纖維卓越的導電性和拉伸性能，可應用于對外界刺激進行相應響應的柔性電子系統如電子皮膚上。

技術領域

本發明涉及生物醫學材料技術領域，尤其涉及微流控紡絲裝置、螺旋型核殼結構導電纖維及其制備方法和應用。

背景技術

電子皮膚，又被稱作是可拉伸電子系統，他們可以模擬人體皮膚對外界的各種刺激進行感知，特別是在形變方面的感應。近年來，得益于柔性電子學研究的巨大進展，電子皮膚已經吸引了商業開發和研究探索的關注，在多個領域如人工智能系統、可穿戴健康監測、人機界面等領域顯示了其應用潛力。目前，多種二維導電材料如離子液體、液態金屬等已與可拉伸薄片相集成，用來對外界刺激進行相應并傳遞相應的電學信號。在各類導電材料中，MXene作為一種二維早期過渡金屬碳化物/碳氮化物，由于其具有較大的親水表面、優異的電導性等特性而受到廣泛關注。目前這些MXenes已被成功地組裝成二維材料甚至三維框架，以實現相應柔性電子功能。然而，現在的制備過程相對簡單，導致制備得到的MXene衍生柔性電子系統的結構和形態都較為簡單，限制了其在復雜情況下的性能。此外， MXene在這些系統中的分布通常不可控，導致MXene的表面暴露于其他化學添加劑中，從而影響了系統的導電性及其在柔性電子系統中的實際應用。因此，如何制備出結構精細、形態可控的新型MXene電子皮膚仍是一個相當大的挑戰。

微流控技術自從被半導體工業提出后，由微機電系統(MEMS)領域發展壯大，是一種可以在微尺度上精確操縱流體的特殊技術。受益于微流控簡單而精確的控制，多種形態的功能性微纖維材料已被成功開發出來，包括Janus結構、多組分結構、扁平和槽狀結構等。通過調整微流控紡絲技術的微通道裝置，還可以實現不同性質的化學、生物樣品的封裝，已經在生物醫學工程領域得到廣泛的應用。但是，采用微流控紡絲技術生成螺旋型的核殼結構封裝有MXene的導電水凝膠纖維仍然值得進一步的開發，其在柔性電子元件特別是電子皮膚上的潛在價值仍然值得探索。

因此，在本發明中，我們基于微流控紡絲技術，設計發明了一種具有良好導電性和機械性能的螺旋型的核殼結構導電纖維，可用于柔性電子皮膚系統。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，提供了一種微流控紡絲裝置、利用該裝置制備螺旋型核殼結構導電纖維的方法，及將制備的螺旋型核殼結構導電纖維用于電子皮膚等柔性電子系統中。

為實現上述技術目的，本發明采取的技術方案為：

一種微流控紡絲裝置，包括內相毛細管、中間相毛細管、觀察毛細管和外相毛細管，中間相毛細管同軸套接于內相毛細管后部，外相毛細管同軸套接于中間相毛細管后部，觀察毛細管位于中間相毛細管和外相毛細管接口處。

進一步地，還包括內相進液裝置、中間相進液裝置和外相進液裝置，所述內相進液裝置、中間相進液裝置和外相進液裝置結構相同，均包括注射泵和注射器連接針頭，注射泵通過導管與注射器連接針頭接通，所述內相進液裝置的注射器連接針頭通過導管與內相毛細管連通，形成內相流體流通管道；中間相進液裝置的注射器連接針頭通過導管與中間相毛細管連通，形成中間相流體流通通道；外相進液裝置的注射器連接針頭通過導管與外相毛細管連通，形成外相流體流通通道，內相流體、中間相流體和外相流體的流向相同。

進一步地，所述內相毛細管、中間相毛細管、觀察毛細管和外相毛細管均為玻璃毛細管，所述內相毛細管、中間相毛細管、觀察毛細管和外相毛細管的各接口處均用透明環氧樹脂進行密封。