CN102776583B - 一种便携式手持静电纺丝装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于静电纺丝技术领域，涉及一种便携式手持静电纺丝装置，医用注射器的推杆顶端制有压接开关，顶侧面上固定制有金属箔，医用注射器的前端内腔中置有纺丝溶液，注射器的侧壁上对接式固定制有方形电池和高压直流逆变器，注射器的底端上插接式制有用于喷丝的不锈钢针头，采用常规医用的注射针头结构并与注射器组合配套；制有不锈钢针头的医用注射器内腔中存放纺丝溶液；方形电池为高压直流逆变器提供电源，直流电压逆变后电压达数千伏级；高压直流逆变器正极与不锈钢针头电连通，高压直流逆变器负极与金属箔电连通；其整体结构简单，携带和使用操作方便，适合于野外教学、伤员抢救等场合，经济价值高。

Description

一种便携式手持静电纺丝装置

技术领域：

本发明属于静电纺丝技术领域，涉及一种价格低廉、纺丝稳定、体积小、质量轻和实用性可靠的便携式手持静电纺丝装置。

背景技术：

目前，超细纤维的优良性能使其在过滤装置、纺织服装、生物医学、纳米电子器件、传感器、光学器件、能源收集/存储/转化器件和纳米复合材料等方面具有广阔应用前景，因此，相关的科研人员对超细纤维制造方法进行了广泛而深入的研究；现有制造超细纤维的方法主要有海岛型双组分混合纺丝法、分子喷丝板纺丝法、静电纺丝法以及聚合过程中直接制造纳米纤维等。一般传统的纺丝方法很难纺出直径小于500纳米的纤维，而静电纺丝法不但能制备出直径最小可达几个纳米的纺丝纤维，同时还能够大规模批量生产，满足工业化生产的条件和市场的需求。普通的静电纺丝装置主要由高压电源、带有喷丝头的纺丝溶液容器和纤维收集板三部分组成。静电纺丝的原理是：高压电源产生8-30千伏的高电压，纺丝溶液在静电场作用下从纺丝喷头射出，然后带电射流被拉伸细化或发生劈裂，变成微纳米纤维，同时溶剂挥发，纤维进一步细化凝固，最后沉积在收集板上。最近十几年，越来越多的科研人员投身于静电纺丝的研究当中，静电纺丝技术得到迅速发展。近年来新型静电纺丝装置的发展呈现出两种趋势：一是针对工业化需求大规模、低成本制备纤维的大型静电纺丝装置，例如捷克公司生产的蛛网静电纺丝机器；二是针对生活、医疗、教学等需求（例如用于体外创伤护理、化妆面膜、课堂演示实验等）的便携式小型静电纺丝仪。目前常用的静电纺丝装置基本上都是用于实验室的科学研究，电纺装置使用的高压电源一般都采用市售高压直流或交流电源，存在价格较贵、重量较大、在没有外部供电的情况下（例如停电或没有电力供应的室外、野外、偏远的山区等）不能使用等缺点。用于科研的静电纺丝装置尚未见有便携式电纺装置，为了解决这个问题，中国专利（申请号：201110255225）公开了一种旋转圆盘感应起电式静电纺丝装置，该装置虽然摆脱了外加电源的限制，在停电、没有市电供应时可以正常工作，并且在体积、重量上都有了改善，但是在电纺纤维形貌的可控性、装置的便携性、实用性方面仍存在许多不足，仅可作为一种静电纺丝实验演示装置；中国专利（申请号：201110255208）还公开了一种压电陶瓷电源式微型静电纺丝装置，利用压电陶瓷制作出体积小的静电纺丝装置，具有体积小、质量轻、成本低和便于携带等优点，但该装置所使用的压电陶瓷电源只能产生瞬间高压，电压不稳定，纺丝距离较短（1-2厘米），纤维产率较低，在实用性能较差，仅可作为教学演示装置。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计一种纺丝稳定、实用性可靠的便携式手持静电纺丝装置，以9伏电池供电的小型直流高压逆变器代替传统静电纺丝装置使用的220伏供电的高压直流电源，价格低廉，操作简单，纺丝电压稳定，便于携带移动，能够随时随地进行纺丝操作。

为了实现上述目的，本发明的主体结构包括金属箔、压接开关、注射器、方形电池、高压直流逆变器、高压直流逆变器负极、纺丝溶液、高压直流逆变器正极和不锈钢针头；常规的医用注射器的推杆顶端制有压接开关，平板式压接开关的顶侧面上固定制有金属箔，常规医用的注射器的前端内腔中置有纺丝溶液，注射器的侧壁上对接式固定制有方形电池和高压直流逆变器，注射器的底端上插接式制有用于喷丝的不锈钢针头，不锈钢针头采用常规医用的注射针头结构并与注射器组合配套；组装制有不锈钢针头的医用注射器内腔中存放纺丝溶液；方形电池为高压直流逆变器提供电源，直流电压逆变之后电压达数千伏级，压接开关用于控制电源的开关，在受到外部轻微压力时开关接通，压力消失后开关断开；高压直流逆变器正极与不锈钢针头电连通，高压直流逆变器负极与金属箔电连通。

本发明使用时，先用手握住装置，将装置置于距离设置的收集极5-10厘米处，可任意方向指向收集极，收集极为金属箔或人体皮肤等非绝缘性物质；将纺丝溶液注入注射器的内腔中，用拇指按住顶部的压接开关，拇指的压力推动针管内纺丝溶液缓缓流出，同时接通压接开关，高压直流逆变器产生的高电压传递到不锈钢针头上，使不锈钢针头尖处带上3-5千伏的高压，并从针头处喷出纳米纤维沉积于收集极上；待纺丝完毕后，将手松开，压力消失，压接开关断开，纺丝溶液停止流出，纺丝结束。

本发明与现有技术相比，一是利用廉价的小型直流高压逆变器来替代传统价格昂贵的直流高压电源，制作成本降低；二是利用9伏方形电池供电，减少使用者的恐惧心理，尽管会产生高达数千伏的高压，但电流非常小，使用更加安全；三是体积和重量小，便于随身携带，使用更加方便；四是用于课堂演示实验或学生创新性实验，纺丝稳定、安全可靠；五是在医用方面，通过选择合适的前躯体溶液，将静电纺丝技术应用于伤口敷料的制备中，能及时的对伤口进行保护，加速伤口血液凝固和愈合，操作简单，方便实用。

附图说明：

图1为本发明的主体结构原理示意图。

图2为本发明在人体皮肤上静电纺丝的纳米纤维示意图。

图3为本发明制备的聚合物PVP纳米纤维光学显微镜照片。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图作进一步说明。

实施例：

本实施例从便携实用角度出发，设计出价格低廉、体积小、质量轻、纺丝稳定、纤维产率较高、能够随时随地进行纺丝的便携式手持静电纺丝装置，其主体结构包括金属箔1、压接开关2、注射器3、方形电池4、高压直流逆变器5、高压直流逆变器负极6、纺丝溶液7、高压直流逆变器正极8和不锈钢针头9；常规的医用注射器3的推杆顶端制有压接开关2，平板式压接开关2的顶侧面上固定制有金属箔1，常规医用的注射器3的前端内腔中置有纺丝溶液7，注射器3的侧壁上对接一体式固定制有方形电池4和高压直流逆变器5，注射器3的底端上插接式制有用于喷丝的不锈钢针头9，不锈钢针头9采用常规医用的注射针头结构并与注射器配套组合；组装制有不锈钢针头9的医用注射器3用于存放纺丝溶液7；方形电池4为高压直流逆变器5提供电源，直流电压逆变之后电压达数千伏，压接开关2用于控制电源的开关，在受到外部轻微压力时开关接通，压力消失后开关断开；高压直流逆变器的正极8与不锈钢针头9电连通，高压直流逆变器的负极6与金属箔1电连通。

本实施例使用时，先用手握住装置，将装置置于距离收集极5-10厘米处，可以以任意方向指向收集极，收集极为金属箔或人体皮肤等非绝缘性物质；将纺丝溶液7注入注射器3的针管内，用拇指按住顶部的压接开关2，拇指的压力推动针管内纺丝溶液7缓缓流出，同时接通压接开关2，高压直流逆变器5产生的高电压传递到不锈钢针头9上，使针头尖处带上3-5千伏的高压，并从针头处喷出纳米纤维沉积于收集极上；待纺丝完毕后，将手松开，压力消失，压接开关2断开，纺丝溶液7停止流出，纺丝结束。

本实施例所选取的纺丝溶液为13wt%的聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的乙醇溶液，先将1.3克PVP粉末与8.7克无水乙醇混合，然后室温下磁力搅拌2小时，再静置0.5小时，获得均匀透明的13wt%的PVP静电纺丝前躯体溶液；再将不锈钢针头9取下，拉动注射器3的活塞抽取一定量配置好的13wt%PVP溶液，安装好不锈钢针头9，将装置置于收集极（任选平板面）上方5-10厘米处，用手轻压注射器3顶部上方的压接开关2，开关接通，同时纺丝溶液7在压力作用下沿不锈钢针头9流出，在针尖处形成喷丝，使纤维固化沉积于收集极上；整个纺丝过程稳定，PVP纤维的产率较高，图3是用载玻片收集的PVP纳米纤维的光学显微镜照片，照片显示纳米纤维连续无间断且粗细比较均匀，与传统的静电纺丝装置制备的纳米纤维区别小，纺丝效果好。

本实施例直接用于课堂演示实验或学生创新性实验时可以加一个外壳，将注射器3、方形电池4和高压直流逆变器5封装起来，露出两端的压接开关2和不锈钢针头9即可，外观更好看、携带更方便，通过选择合适的前躯体纺丝溶液7，用于体外创伤护理，加速伤口血液凝固和愈合，以及化妆面膜和美容等。

Claims (2)

1.一种便携式手持静电纺丝装置，其特征在于包括金属箔、压接开关、医用注射器、方形电池、高压直流逆变器、高压直流逆变器负极、纺丝溶液、高压直流逆变器正极和不锈钢针头；医用注射器的推杆顶端制有压接开关，平板式压接开关的顶部的面上固定制有金属箔，医用注射器的前端内腔中置有纺丝溶液，医用注射器的侧壁上对接式固定制有方形电池和高压直流逆变器，医用注射器的底端上插接式制有用于喷丝的不锈钢针头，不锈钢针头采用常规医用的注射针头结构并与医用注射器组合配套；制有不锈钢针头的医用注射器内腔中存放纺丝溶液；方形电池为高压直流逆变器提供电源，直流电压逆变之后电压达数千伏级，压接开关用于控制电源的开关，在受到外部轻微压力时开关接通，压力消失后开关断开；高压直流逆变器正极与不锈钢针头电连通，高压直流逆变器负极与金属箔电连通。

2.根据权利要求1所述的便携式手持静电纺丝装置，其特征在于使用时先用手握住装置，将装置置于距离设置的收集极5-10厘米处，方向指向收集极，收集极为金属箔或人体皮肤；将纺丝溶液注入医用注射器的内腔中，用拇指按住顶部的压接开关，拇指的压力推动针管内纺丝溶液缓缓流出，同时接通压接开关，高压直流逆变器产生的高电压传递到不锈钢针头上，使不锈钢针头尖处带上3-5千伏的高压，并从针头处喷出纳米纤维沉积于收集极上；待纺丝完毕后，将手松开，压力消失，压接开关断开，纺丝溶液停止流出，纺丝结束。