[发明专利]一种集成微流体纺丝芯片及其制备再生丝素蛋白纤维的方法

权利要求书

1.一种集成微流体纺丝芯片，其特征是：所述的集成微流体纺丝芯片是一种三层结构，包含上、下两层PDMS膜片和介于上、下两层PDMS膜片之间的透析膜；所述的上、下两层PDMS膜片上有对应的凹槽；上层PDMS膜片的凹槽与所述透析膜的一个面贴合形成上层微流体通道，下层PDMS膜片的凹槽与所述透析膜的另一面贴合形成下层微流体通道；上层PDMS膜片的凹槽开口和下层PDMS膜片的凹槽开口相对；

所述的上层微流体通道，根据功能依次分为调节段、拉伸段和剪切段；所述的上层微流体通道的宽度从入口到出口变化，其中，调节段和剪切段的宽度不变，拉伸段的宽度逐渐变小；

所述的下层微流体通道的调节段、拉伸段和剪切段的水平剖面形状与上层微流体通道的水平剖面形状呈镜像关系；

所述上下两层微流体通道全程的深度相等；纺丝时溶液均是从通道的调节段流进，剪切段流出。

2.根据权利要求1所述的一种集成微流体纺丝芯片，其特征在于，所述的微流体通道在PDMS膜片上呈纵向或横向蛇形排布；所述的纵向蛇形排布是指通道的纵向竖直排列部分平行于PDMS膜片的短边；所述的横向蛇形排布是指通道的水平排列部分平行于PDMS膜片的长边；

所述的纵向蛇形排布的通道，其调节段和剪切段共有4～6个弯折，每个蛇形通道的竖直部分长为7～14mm，每个竖直通道间通过半圆弧连接，半圆的直径为3～10mm，剪切段的出口位于PDMS膜片短边的中心位置；所述的微流体通道的拉伸段，其通道的对称线与PDMS膜片的长边夹角为20～60°，所述的拉伸段的长度为15～30mm；所述的拉伸段通道的两侧面与水平面相交的迹线为指数函数、双曲线函数或直线中的一种。

所述的横向蛇形排布的通道，其调节段和剪切段共有1～3个弯折，每个蛇形通道的水平部分长为50～80mm，每个水平通道间通过半圆弧连接，半圆的直径为4～12mm，剪切段的出口位置偏离PDMS膜片短边的中心位置5～8mm；所述的微流体通道的拉伸段，位于通道的水平部分，与PDMS膜片的长边平行；所述的拉伸段的长度为15～30mm；

所述的拉伸段通道的两侧面与水平面相交的迹线为指数函数、双曲线函数或直线中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种集成微流体纺丝芯片，其特征在于，所述的调节段是宽度最宽的一段通道，宽度为1～2.5mm，长度为60～100mm；所述的剪切段是宽度最窄的一段通道，宽度为100～500μm，长度为20～150mm。 

4.根据权利要求1所述的一种集成微流体纺丝芯片，其特征在于，所述的凹槽的横截面形状为矩形，凹槽的深度为50～100μm；所述的调节段、拉伸段和剪切段之间通过圆弧或直接连接。

5.根据权利要求1所述的一种集成微流体纺丝芯片，其特征在于，所述的透析膜是截留分子量为5000～30000道尔顿的再生纤维素透析膜；所述的集成微流体纺丝芯片的上、下两层PDMS膜片和介于上、下两层PDMS膜片之间的透析膜通过粘合剂封装贴合而成；所述的粘合剂是硅胶、环氧树脂粘合剂或双面胶中的一种或组合。

6.根据权利要求1～5所述的任一种集成微流体纺丝芯片制备再生丝素蛋白纤维的方法，其特征是：以质量百分数为5%～50%的再生丝素蛋白水溶液为纺丝液，室温下，上层微流体通道注入纺丝液，下层微流体通道注入吸水树脂水溶液和离子调节液的混合液；纺丝液经过宽度逐渐变小的通道的拉伸剪切和下层通道溶液的浓缩和离子调节作用，经出口挤出后在空气中固化成丝并卷绕上辊，制得再生丝素蛋白纤维，所制得的再生丝素蛋白纤维的断裂强度为20～100MPa，断裂伸长率为1～10%；同时在出口对下层通道的溶液进行收集。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的离子调节液是CaCl2水溶液；所述的吸水树脂为分子量为10000～40000道尔顿的聚乙二醇，其中混合液中Ca²⁺的浓度为80～120g/L，聚乙二醇浓度为70～600g/L。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的微流体芯片上层微流体通道的出口到卷辊的空气间隙为5～30cm，卷绕速度为2～10cm/s。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的纺丝液、离子调节液及吸水树脂均由微量注射泵注入。

10.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述的再生丝素蛋白纤维的直径为7～30μm；

所述的再生丝素蛋白纤维为长丝或短纤维。