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低成本制备纳米纤维

2019-11-14 07:58:34来源:励志吧0次阅读

乔治亚大学的研究人员开发出一种低成本制备极薄聚合物丝(即纳米纤维)的方法。聚合物可以是天然材料(如蛋白质),也可以是人造材料(如塑料、橡胶、纤维、可生物降解材料)。

如图所示为研究人员使用的Magnetospinning法制备低成本纳米纤维,这种方法简单、可伸缩且安全,可大量生产纳米纤维,也可嵌入材料(如活细胞、药物等)。图片来源:佐治亚大学

由于比普通的人类头发还要薄1000-10000倍,纳米纤维被医学研究人员用来进行组织再生、伤口敷料、药物测试、干细胞疗法和直接载药至感染处等用途。当然,纳米纤维也用于燃料电池、过滤器和发光屏幕等领域。

佐治亚大学的家庭和消费者科学学院高分子、纤维、纺织品专业,格鲁吉亚的能源教授SergiyMinko说:“我们研发的这种制备方法使每个人都可以制造高质量的纳米纤维,而且不需要昂贵的设备。这不仅降低了纳米纤维的制备成本,也使更多研究纳米纤维的企业和研究人员免除了研究预算的困扰。”

目前,最常见的纳米纤维制造技术是电纺制备纳米纤维。这种技术使用高压电和专门设计的设备生产聚合物丝,设备的运营商必须进行全面的设备安全使用培训。

Minko说:“与其他的纳米纤维纺丝制备设备不同,我们的设备很简单。从本质上讲,所需的设备仅仅是一块磁铁,一个注射器和一辆小型汽车。”

在实验室里,研究人员利用非常简单的手工设备就能在几秒内产生出数百码的纳米纤维。将融化或者液化的聚合物混合氧化铁或其他生物相容的磁性材料,并置于注射器中。将注射器附近的磁铁固定在一个旋转的圆形盘。随着圆盘的旋转,当磁铁经过注射器的针尖,聚合物流体的液滴流动并连接到磁铁上,形成纳米纤维丝。

该设备可以以每分钟1000转的速度旋转,如果给予足够的时间,可以制备出50多公里长(约31英里)的超薄纳米纤维。

论文的合著者,同时也是Minko实验室的博士后研究助理Alexander Tokarev指出,这种相对简单的制备过程产生的纳米纤维品质也非常高。其强度与通过其他方法制备的纳米纤维无异,而且用户不必担心使用高电压或其他复杂设备带来的安全问题。”

研究人员可以通过在注射器中放入不同聚合物来制备各种纳米纤维。例如制备专门设计的纳米纤维用于促进干细胞生长,目前该纤维正在实验室研究阶段,以培养组织和器官。

纳米纤维中还可以含有蛋白质、碳纳米管、荧光材料和药物等。

Minko说:“我们可以利用这种技术使用任何类型的聚合物制备纳米纤维,以达到不同的应用目的。就像烹饪一样,我们改变成分就可以得到和原来完全不同的纤维。”

目前,佐治亚大学研究基金会公司针对此方法已提出专利申请。

新材料在线编译整理——翻译:陈琼 校正:摩天轮

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