[发明专利]一种微流控纺丝装置及方法

说明书

本发明涉及微流控技术领域，尤其涉及一种微流控纺丝装置及方法，所述装置包括：导气微管；设置在所述导气微管内部的导液微管和纤维收集管；所述导液微管的出液管口挤出的纤维溶液和所述导气微管中的部分气体经由所述纤维收集管的进口进入所述纤维收集管；所述导液微管的进口与液体注射器相连，所述导气微管的进口与空气泵相连。从所述导液微管的出液管口挤出纤维溶液，进入所述纤维收集管的部分气体形成所述纤维溶液的鞘气，纤维溶液在所述鞘气的剪切作用下，溶剂挥发，溶质固化，从而在纤维收集管中形成纤维。本发明提供的微流控纺丝装置生产的纤维直径更小，力学性能更优。

技术领域

本发明涉及微流控技术领域，尤其涉及一种微流控纺丝装置及方法。

背景技术

高强纤维材料广泛应用于航空航天、武器装备等军事领域和汽车制造等民用领域，其中以凯夫拉、钢丝、碳纤维最为典型。虽然这些材料具有较高的杨氏模量和力学强度，但是其密度高、延展性差、韧性低、无生物相容性、不可降解，无法满足人们对材料的更高要求。生物纤维具有低密度、高力学强度、高韧性、优异的延展性、可降解和生物相容等优点，有望成为新一代轻质高强纤维材料，已是世界各国激烈竞争的焦点。

微流控技术通过控制溶液种类、粘度、流速等参数，能够实现可控制备形状、尺寸均一的微纳米液滴及连续纤维。微流控纺丝技术通过将蛋白溶解于溶剂中，从微管出口将蛋白溶液挤出，进行纺丝。但传统微流控纺丝只能制备简单的纤维结构，且得到的蛋白纤维力学性能较差。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种微流控纺丝装置及方法，采用本发明的微流控纺丝装置生产的纤维直径更小、力学性能更优。

本发明提供了一种微流控纺丝装置，包括：

导气微管；

设置在所述导气微管内部的导液微管和纤维收集管；

所述导液微管的出液管口挤出的纤维溶液和所述导气微管中的气体经由所述纤维收集管的进口进入所述纤维收集管；

所述导液微管的进口与液体注射器相连，所述导气微管的进口与空气泵相连。

优选的，所述导气微管、导液微管和纤维收集管同轴放置。

优选的，所述导液微管的出液管口为锥形。

优选的，所述纤维收集管的进口的尺寸不小于所述导液微管的出液管口的尺寸。

优选的，所述纤维收集管的进口的管径为400μm；

所述导液微管的出液管口的管径为200μm。

优选的，所述导液微管的进口通过聚乙烯管与液体注射器的液体出口相连，所述导气微管的进口通过橡胶管与空气泵的气体出口相连。

优选的，还包括注射泵和空气阀；

所述注射泵与液体注射器相连，用于控制液体注射器的进给速度；

在所述导气微管与空气泵之间设置有空气阀，用于控制导气微管进口处的气体流速。

优选的，所述纤维收集管上设置有气体出口，用于排出进入所述纤维收集管的鞘层气体。

本发明还提供了一种在上文所述微流控纺丝装置上进行微流控纺丝的方法，包括以下步骤：

通过液体注射器将蛋白溶液通入导液微管，控制所述液体注射器的进给速度为0.5～2mL/h；

通过空气泵将鞘层气体通入导气微管，控制导气微管进口处的气体流速为1～50mL/min；所述鞘层气体为不与蛋白溶液发生反应的气体；

从所述导液微管挤出的液体在鞘层气体的作用下形成纤维，在纤维收集管中收集纤维。