CN108441972A - 一种气流辅助手持便携式静电纺丝设备及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及静电纺丝技术领域，特别涉及一种气流辅助手持便携式静电纺丝设备及其应用，该设备包括绝缘外壳、大容量二次电池、充电插孔、高压导线、高压静电发生单元、高压静电发生开关、气流导管连接器、气流导管、注射器固定支架、一次性注射器、针头固定支架、不锈钢针头、气流定向罩。采用大容量二次电池作为电源，通过高压静电发生单元产生高压静电；通过气流导管连接器外接气流发生器，不锈钢针头通过固定与气流导管位于同一中轴线上，在气流辅助下进行静电纺丝。该设备的集成化程度高、便于携带、可单手手持使用，并在气流辅助的作用下实现电纺纤维的定向、均匀、高效沉积。

Description

一种气流辅助手持便携式静电纺丝设备及其应用

技术领域

本发明涉及一种静电纺丝设备及其应用,具体涉及一种气流辅助的可手持便携式静电纺丝设备。

背景技术

静电纺丝技术是制备微纳米纤维及纤维膜的方法之一，其原理是利用高压电场使聚合物溶液形成带电射流由喷嘴喷出，射流在飞向基板的过程中会发生劈裂和拉伸，同时溶剂挥发、干燥、固化，最后落至基板形成微纳米纤维。静电纺丝技术的工艺简单、成本低、效率高，使用该技术制备得到的微纳米纤维及纤维膜具有比表面积高、长度/直径比大、孔隙率高等特点。因此，静电纺丝技术在生物组织工程、医用材料、过滤防护、新能源、功能器件等领域展现出极大的应用潜力。特别是在生物医学领域，静电纺丝纤维在生物组织工程、创伤修复、药物控释等方面具有广泛的应用前景。

由于受到设备体积较大的局限，静电纺丝技术在生物医学领域的原位应用比较困难，因此有必要开发小型便携式的静电纺丝设备。如中国专利“一种便携式静电纺丝设备及其使用方法”(CN104790049A)公开了一种便携式的静电纺丝设备，将电源、高压静电发生模块、气体发生装置、参数控制模块等集成在一起，在一定程度上实现了设备的小型化和便携功能；但该设备使用干电池作为电源，电源的续航能力较差，且废弃电池会污染环境。中国专利“实验室专用便携式小型集成静电纺丝机”(CN202152382U)公开了一种实验室专用的便携式小型集成静电纺丝机，该设备将绝缘箱体、透明塑料门、加压螺丝、加液瓶盖、排气软管、排气口阀门、白炽灯开关、带锁拉手、加压气筒、通气阀、连接套、软管、固定环、直流高压电源等集成到一起，设备的体积较小，集程度高。但该设备的纺丝过程需要在相对密闭的环境中进行，其使用和产品尺寸形状会受到设备的限制。中国专利“一种静电纺丝装置”(CN104695031A)公开了一种结构紧凑、集成化程度较高、电压流速可调的经典纺丝装置，该装置由驱动单元、推进单元、静电纺丝单元和散热单元组成，采用小型化的可调式高压静电发生模块代替传统的高压电源，并将其与其他功能单元进行了模块化集成设计和融合；但该装置还配置了散热模块和控制模块，增加了装置体积和重量，不便于手持使用。

在静电纺丝过程中，由于电场线的发散性分布，以及带有相同电荷的纤维间存在排斥作用，会造成纺制的纤维在接收目标位置上较大范围的无序分布。当静电纺丝技术应用于医疗领域时，这一问题将导致涂覆不精确以及药物的损失浪费。中国专利“一种气流引导式定向原位热溶静电喷涂装置及其应用”(CN104225738A)公开了一种气流引导式定向原位热溶静电喷涂装置，该装置在气流引导的作用下可以实现药液及医用生物材料直接在目标处定点、定向、原位精确喷涂，但该装置结构集成度不高、体积较大，不利于便携使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种气流辅助手持便携式静电纺丝设备，克服现有的技术问题，实现静电纺丝设备的高度集成化、便于携带、可单手手持使用，并在气流辅助的作用下实现电纺纤维的定向、均匀、高效沉积。

为了实现上述目的，本发明提供了一种气流辅助手持便携式静电纺丝设备，包括绝缘外壳、大容量二次电池、充电插孔、高压导线、高压静电发生单元、高压静电发生开关、气流导管连接器、气流导管、注射器固定支架、一次性注射器、针头固定支架、不锈钢针头、气流定向罩；所述绝缘外壳的手柄部分设有可拆卸的绝缘盖；大容量二次电池通过高压导线与高压静电发生单元和充电插孔连接；高压静电发生单元与高压静电发生开关通过高压导线相连；高压静电发生开关位于绝缘外壳的手柄内侧；气流导管位于绝缘外壳内部的中间位置，在绝缘外壳手柄底端中间设有气流导管连接器；绝缘外壳上部设有两个注射器固定支架，将一次性注射器固定在绝缘外壳上部；注射器的不锈钢针头通过针头固定支架固定在绝缘外壳前端的中轴线位置，针头固定支架通过高压导线与高压静电发生单元相连；绝缘外壳前段开口处设有圆柱形的气流定向罩。

优选的，上述大容量二次电池为锂电池。锂电池具有较高的比容量和安全性，可以长期稳定的为静电纺丝设备提供电源，另外也避免了使用干电池带来的环境问题。

优选的，上述气流导管和气流导管连接器为绝缘材料。使用绝缘材料制成的气流导管和气流导管连接器，避免对高压静电场的干扰，也提高静电纺丝设备的安全性。

优选的，上述不锈钢针头为平口不锈钢针头。

优选的，上述气流定向罩为绝缘气流定向罩。在气流引导的静电纺丝过程中，气流定向罩可以汇聚气流，减小纺丝纤维的扩散半径，实现纺丝纤维的定向、有序沉积。

优选的，上述不锈钢针头的顶端距离气流定向罩前端开口4～5毫米。不锈钢针头位于气流定向罩内部可以避免误触注射器针头引起的静电伤害和扎伤。

优选的，上述针头固定支架由金属圆环和绝缘支架组成，金属圆环的内径略大于不锈钢针头直径，金属圆环与不锈钢针头位于同一中轴线上。

优选的，上述高压静电发生单元通过高压导线连接在针头固定支架的金属圆环上。

进一步的，本发明所述的一种气流辅助手持便携式静电纺丝设备在使用时，先将装有纺丝溶液的一次性注射器安装在注射器固定支架上，调整不锈钢针头的位置使其顶端距离气流定向罩前端开口4～5毫米；将静电纺丝设备通过气流导管连接器外接气流发生器；将静电纺丝设备的前端垂直指向收集极，距离收集极6～12厘米；用食指按压高压静电发生开关，使高压静电发生单元产生的高压静电传递到不锈钢针头上；同时用拇指轻按一次性注射器的活塞柄尾端，使纺丝溶液从不锈钢针头中缓慢流出，在高压电场和气流的作用下形成纺丝纤维，并定向、均匀的沉积于收集极上；纺丝完成后，停止按压一次性注射器的活塞柄尾端，松开食指，断开高压静电发生开关，断开外接气流发生器，纺丝结束。

本发明的一种气流辅助手持便携式静电纺丝设备可以应用在医用领域，将药物溶解在纺丝溶液中，通过静电纺丝将药物均匀的喷涂在伤口表面，能够高效的完成对伤口的保护。

本发明通过采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下优点：一是设备整体集成化程度高，设备体积小、重量轻，便于携带、可单手操作；二是采用大容量二次电池，可以长期稳定的为静电纺丝设备提供电源，另外也避免了使用干电池带来的环境问题；三是结合了气流辅助进行静电纺丝，实现了纺丝纤维的定向、均匀、高效沉积；四是可用于医用领域，将药物溶解在纺丝溶液中，通过静电纺丝将药物均匀的喷涂在伤口表面，能够高效的完成对伤口的保护。

附图说明

图1为本发明所述的一种气流辅助手持便携式静电纺丝设备的示意图。

图2为实施例2得到的聚乙二醇纤维的光学显微镜图。

图3为实施例3得到的PVP纤维的光学显微镜图。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明进行进一步详细说明。

实施例1

如图1所示，本发明所述的一种气流辅助手持便携式静电纺丝设备包括绝缘外壳1、大容量二次电池2、充电插孔3、高压导线4、高压静电发生单元5、高压静电发生开关6、气流导管连接器7、气流导管8、注射器固定支架9、一次性注射器10、针头固定支架11、不锈钢针头12、气流定向罩13；所述绝缘外壳1的手柄部分设有可拆卸的绝缘盖；大容量二次电池2通过高压导线4与高压静电发生单元5和充电插孔3连接；高压静电发生单元5与高压静电发生开关6通过高压导线4相连；高压静电发生开关6位于绝缘外壳1的手柄内侧；气流导管8位于绝缘外壳1内部的中间位置，在绝缘外壳1手柄底端中间设有气流导管连接器7；绝缘外壳1上部设有两个注射器固定支架9，将一次性注射器10固定在绝缘外壳1上部；注射器的不锈钢针头12通过针头固定支架11固定在绝缘外壳1前端的中轴线位置，针头固定支架11通过高压导线4与高压静电发生单元5相连；绝缘外壳1前段开口处设有圆柱形的气流定向罩13。

本实施例使用时，先将装有纺丝溶液的一次性注射器10安装在注射器固定支架9上，调整不锈钢针头12的位置使其顶端距离气流定向罩13前端开口4～5毫米；将静电纺丝设备通过气流导管连接器7外接气流发生器；将静电纺丝设备的前端垂直指向收集极，距离收集极6～12厘米；用食指按压高压静电发生开关6，使高压静电发生单元5产生的高压静电传递到不锈钢针头12上；同时用拇指轻按一次性注射器10的活塞柄尾端，使纺丝溶液从不锈钢针头12中缓慢流出，在高压电场和气流的作用下形成纺丝纤维，并定向、均匀的沉积于收集极上；纺丝完成后，停止按压一次性注射器10的活塞柄尾端，松开食指，断开高压静电发生开关6，断开外接气流发生器，纺丝结束。

实施例2

称取2.0g聚乙二醇与8.0g去离子水混合，于40℃水浴中使用磁力搅拌5小时，使聚乙二醇完全溶解，得到均匀透明的纺丝溶液。使用一次性注射器10吸取适量的纺丝溶液，将其安装在注射器固定支架9上，调整不锈钢针头12的位置使其顶端距离气流定向罩13前端开口5毫米；将静电纺丝设备通过气流导管连接器7外接气流发生器，气流导管中气体流量为5L/min；将静电纺丝设备的前端垂直指向收集极，距离收集极11厘米；用食指按压高压静电发生开关6，使高压静电发生单元5产生的高压静电传递到不锈钢针头12上；同时用拇指轻按一次性注射器10的活塞柄尾端，使纺丝溶液从不锈钢针头12中缓慢流出，在高压电场和气流的作用下形成纺丝纤维，并定向、均匀的沉积于收集极上；纺丝完成后，停止按压一次性注射器10的活塞柄尾端，松开食指，断开高压静电发生开关6，断开外接气流发生器，纺丝结束。图2为得到的聚乙二醇纤维的光学显微镜图。

实施例3

称取1.0g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)与9.0g无水乙醇混合，室温下使用磁力搅拌3小时，使PVP完全溶解，得到均匀透明的纺丝溶液。使用一次性注射器10吸取适量的纺丝溶液，将其安装在注射器固定支架9上，调整不锈钢针头12的位置使其顶端距离气流定向罩13前端开口4毫米；将静电纺丝设备通过气流导管连接器7外接气流发生器，气流导管中气体流量为6L/min；将静电纺丝设备的前端垂直指向收集极，距离收集极8厘米；用食指按压高压静电发生开关6，使高压静电发生单元5产生的高压静电传递到不锈钢针头12上；同时用拇指轻按一次性注射器10的活塞柄尾端，使纺丝溶液从不锈钢针头12中缓慢流出，在高压电场和气流的作用下形成纺丝纤维，并定向、均匀的沉积于收集极上；纺丝完成后，停止按压一次性注射器10的活塞柄尾端，松开食指，断开高压静电发生开关6，断开外接气流发生器，纺丝结束。图3为得到的PVP纤维的光学显微镜图。

Claims (10)

1.一种气流辅助手持便携式静电纺丝设备，其特征在于所述设备包括绝缘外壳、大容量二次电池、充电插孔、高压导线、高压静电发生单元、高压静电发生开关、气流导管连接器、气流导管、注射器固定支架、一次性注射器、针头固定支架、不锈钢针头、气流定向罩；所述绝缘外壳的手柄部分设有可拆卸的绝缘盖；大容量二次电池通过高压导线与高压静电发生单元和充电插孔连接；高压静电发生单元与高压静电发生开关通过高压导线相连；高压静电发生开关位于绝缘外壳的手柄内侧；气流导管位于绝缘外壳内部的中间位置，在绝缘外壳手柄底端中间设有气流导管连接器；绝缘外壳上部设有两个注射器固定支架，将一次性注射器固定在绝缘外壳上部；注射器的不锈钢针头通过针头固定支架固定在绝缘外壳前端的中轴线位置，针头固定支架通过高压导线与高压静电发生单元相连；绝缘外壳前段开口处设有圆柱形的气流定向罩。

2.根据权利要求1所述的一种气流辅助手持便携式静电纺丝设备,其特征在于所述大容量二次电池为锂电池。

3.根据权利要求1所述的一种气流辅助手持便携式静电纺丝设备,其特征在于所述气流导管和气流导管连接器为绝缘材料。

4.根据权利要求1所述的一种气流辅助手持便携式静电纺丝设备,其特征在于所述不锈钢针头为平口不锈钢针头。

5.根据权利要求1所述的一种气流辅助手持便携式静电纺丝设备,其特征在于所述气流定向罩为绝缘气流定向罩。

6.根据权利要求1所述的一种气流辅助手持便携式静电纺丝设备,其特征在于所述不锈钢针头的顶端距离气流定向罩前端开口4～5毫米。

7.根据权利要求1所述的一种气流辅助手持便携式静电纺丝设备,其特征在于所述针头固定支架由金属圆环和绝缘支架组成，金属圆环的内径略大于不锈钢针头直径，金属圆环与不锈钢针头位于同一中轴线上。

8.根据权利要求1所述的一种气流辅助手持便携式静电纺丝设备,其特征在于所述高压静电发生单元通过高压导线连接在针头固定支架的金属圆环上。

9.根据权利要求1所述的一种气流辅助手持便携式静电纺丝设备,其特征在于使用时先将装有纺丝溶液的一次性注射器安装在注射器固定支架上，调整不锈钢针头的位置使其顶端距离气流定向罩前端开口4～5毫米；将静电纺丝设备通过气流导管连接器外接气流发生器；将静电纺丝设备的前端垂直指向收集极，距离收集极6～12厘米；用食指按压高压静电发生开关，使高压静电发生单元产生的高压静电传递到不锈钢针头上；同时用拇指轻按一次性注射器的活塞柄尾端，使纺丝溶液从不锈钢针头中缓慢流出，在高压电场和气流的作用下形成纺丝纤维，并定向、均匀的沉积于收集极上；纺丝完成后，停止按压一次性注射器的活塞柄尾端，松开食指，断开高压静电发生开关，断开外接气流发生器，纺丝结束。

10.权利要求1-9所述的一种气流辅助手持便携式静电纺丝设备在医用领域的应用，将药物溶解在纺丝溶液中，通过静电纺丝将药物均匀的喷涂在伤口表面，能够高效的完成对伤口的保护。