低維納米材料往往有獨特的功能。近日，哈佛大學的研究團隊發(fā)表了輕質(zhì)納米纖維的最新設(shè)計和制作方法。所制備出的這種納米纖維重量輕，可被紡絲并制成效果極好的防彈衣、可調(diào)節(jié)溫度的運動服等，應用十分廣泛。

    圖注：納米纖維編織成線的SEM圖

    一種新開發(fā)的輕質(zhì)納米纖維制造設(shè)備將會引起很多領(lǐng)域的革新。哈佛John A. Paulson工程與應用科學學院（SEAS）的疾病生物物理課題組近日宣布，他們在快速生產(chǎn)可以精確控制取向的納米纖維手持設(shè)備上有了新進展。他們開發(fā)了一種應用廣泛的新材料，該材料可用于很多方向，如戰(zhàn)場上傷口處理、合成提升防彈衣質(zhì)量的工程組織、創(chuàng)造前沿的可定制織物等。

    研究者們通過調(diào)整纖維取向和沉積方式，建造了納米纖維支架，這種支架可以模擬身體里高度定向的組織，還可以設(shè)計出適合各種形狀的特殊服裝。

    Nina Sinatra，疾病生物物理課題組的研究生，同時也是文章的共同第一作者，她說道，“我們研究的主要目的是制造一種能控制納米纖維沉積的便攜設(shè)備，為了開發(fā)出這種全自動的設(shè)備，我們需要一項能有足夠生產(chǎn)力的，能生產(chǎn)高度定向纖維的技術(shù)。”

    納米纖維通過離心力、毛細力、電場、拉伸、鼓吹、熔化、蒸發(fā)制成。旋轉(zhuǎn)噴射紡絲技術(shù)和浸沒式旋轉(zhuǎn)噴射紡絲技術(shù)可以將聚合物和蛋白質(zhì)溶解，再利用離心力或沉淀方法將聚合物射流拉伸、固化成納米纖維，這些方法更利于批量生產(chǎn)DNA、尼龍、聚對苯二甲酰對苯二胺。

    然而，在哈佛大學實驗之前，這些制備手段還沒有實現(xiàn)便攜。最新的制造方法，拉伸紡絲，用浸在聚合物或蛋白質(zhì)容器中的高速旋轉(zhuǎn)鬃，拉出一小滴溶液進入噴射器。纖維以螺旋軌道運動，并且在從鬃毛分離之前凝固，進入收集器。

    拉伸紡絲與其他有很多制造變量的制造過程不同，它只有一個過程參數(shù)，就是能控制纖維直徑的溶液黏度。而最少的工藝參數(shù)可以簡化在工作臺和現(xiàn)場的使用并提高適應性。

    拉伸紡絲工程利用一系列不同的聚合物及蛋白質(zhì)，研究人員能夠演示一些概念性應用，比如用聚己內(nèi)酯和明膠纖維控制肌肉組織生長，調(diào)節(jié)生物支架功能，以及尼龍和聚氨酯纖維在衣服上的應用。

    生物工程和應用物理學的Tarr 家族教授，兼疾病生物物理課題組的主管Kit Parker說：“這一簡便、概念型研究證明了該系統(tǒng)在制造上的實用性。定制納米紡織業(yè)的應用前景廣闊，未來可擴展到很多方面，比如制作可調(diào)節(jié)溫度的噴涂運動服，能直接沉積傷口上的無菌繃帶，以及有不同局部機械性能的纖維織物等。”

    目前，這項研究成果發(fā)表于期刊Macromolecular Materials and Engineering。

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責任編輯：劉洋

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