專利名稱：一種便攜式手持靜電紡絲裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于靜電紡絲技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種價(jià)格低廉、紡絲穩(wěn)定、體積小、質(zhì)量輕和實(shí)用性可靠的便攜式手持靜電紡絲裝置。
背景技術(shù)：
目前，超細(xì)纖維的優(yōu)良性能使其在過濾裝置、紡織服裝、生物醫(yī)學(xué)、納米電子器件、傳感器、光學(xué)器件、能源收集/存儲(chǔ)/轉(zhuǎn)化器件和納米復(fù)合材料等方面具有廣闊應(yīng)用前景，因此，相關(guān)的科研人員對(duì)超細(xì)纖維制造方法進(jìn)行了廣泛而深入的研究；現(xiàn)有制造超細(xì)纖維的方法主要有海島型雙組分混合紡絲法、分子噴絲板紡絲法、靜電紡絲法以及聚合過程中
直接制造納米纖維等。一般傳統(tǒng)的紡絲方法很難紡出直徑小于500納米的纖維，而靜電紡絲法不但能制備出直徑最小可達(dá)幾個(gè)納米的紡絲纖維，同時(shí)還能夠大規(guī)模批量生產(chǎn)，滿足工業(yè)化生產(chǎn)的條件和市場(chǎng)的需求。普通的靜電紡絲裝置主要由高壓電源、帶有噴絲頭的紡絲溶液容器和纖維收集板三部分組成。靜電紡絲的原理是高壓電源產(chǎn)生8-30千伏的高電壓，紡絲溶液在靜電場(chǎng)作用下從紡絲噴頭射出，然后帶電射流被拉伸細(xì)化或發(fā)生劈裂，變成微納米纖維，同時(shí)溶劑揮發(fā)，纖維進(jìn)一步細(xì)化凝固，最后沉積在收集板上。最近十幾年，越來越多的科研人員投身于靜電紡絲的研究當(dāng)中，靜電紡絲技術(shù)得到迅速發(fā)展。近年來新型靜電紡絲裝置的發(fā)展呈現(xiàn)出兩種趨勢(shì)一是針對(duì)工業(yè)化需求大規(guī)模、低成本制備纖維的大型靜電紡絲裝置，例如捷克公司生產(chǎn)的蛛網(wǎng)靜電紡絲機(jī)器；二是針對(duì)生活、醫(yī)療、教學(xué)等需求(例如用于體外創(chuàng)傷護(hù)理、化妝面膜、課堂演示實(shí)驗(yàn)等)的便攜式小型靜電紡絲儀。目前常用的靜電紡絲裝置基本上都是用于實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)研究，電紡裝置使用的高壓電源一般都采用市售高壓直流或交流電源，存在價(jià)格較貴、重量較大、在沒有外部供電的情況下(例如停電或沒有電力供應(yīng)的室外、野外、偏遠(yuǎn)的山區(qū)等)不能使用等缺點(diǎn)。用于科研的靜電紡絲裝置尚未見有便攜式電紡裝置，為了解決這個(gè)問題，中國(guó)專利(申請(qǐng)?zhí)?01110255225)公開了一種旋轉(zhuǎn)圓盤感應(yīng)起電式靜電紡絲裝置，該裝置雖然擺脫了外加電源的限制，在停電、沒有市電供應(yīng)時(shí)可以正常工作，并且在體積、重量上都有了改善，但是在電紡纖維形貌的可控性、裝置的便攜性、實(shí)用性方面仍存在許多不足，僅可作為一種靜電紡絲實(shí)驗(yàn)演示裝置；中國(guó)專利(申請(qǐng)?zhí)?01110255208)還公開了一種壓電陶瓷電源式微型靜電紡絲裝置，利用壓電陶瓷制作出體積小的靜電紡絲裝置，具有體積小、質(zhì)量輕、成本低和便于攜帶等優(yōu)點(diǎn)，但該裝置所使用的壓電陶瓷電源只能產(chǎn)生瞬間高壓，電壓不穩(wěn)定，紡絲距離較短(1-2厘米)，纖維產(chǎn)率較低，在實(shí)用性能較差，僅可作為教學(xué)演示裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，尋求設(shè)計(jì)一種紡絲穩(wěn)定、實(shí)用性可靠的便攜式手持靜電紡絲裝置，以9伏電池供電的小型直流高壓逆變器代替?zhèn)鹘y(tǒng)靜電紡絲裝置使用的220伏供電的高壓直流電源，價(jià)格低廉，操作簡(jiǎn)單，紡絲電壓穩(wěn)定，便于攜帶移動(dòng)，能夠隨時(shí)隨地進(jìn)行紡絲操作。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的主體結(jié)構(gòu)包括金屬箔、壓接開關(guān)、注射器、方形電池、高壓直流逆變器、高壓直流逆變器負(fù)極、紡絲溶液、高壓直流逆變器正極和不銹鋼針頭；常規(guī)的醫(yī)用注射器的推桿頂端制有壓接開關(guān)，平板式壓接開關(guān)的頂側(cè)面上固定制有金屬箔，常規(guī)醫(yī)用的注射器的前端內(nèi)腔中置有紡絲溶液，注射器的側(cè)壁上對(duì)接式固定制有方形電池和高壓直流逆變器，注射器的底端上插接式制有用于噴絲的不銹鋼針頭，不銹鋼針頭采用常規(guī)醫(yī)用的注射針頭結(jié)構(gòu)并與注射器組合配套；組裝制有不銹鋼針頭的醫(yī)用注射器內(nèi)腔中存放紡絲溶液；方形電池為高壓直流逆變器提供電源，直流電壓逆變之后電壓達(dá)數(shù)千伏級(jí)，壓接開關(guān)用于控制電源的開關(guān)，在受到外部輕微壓力時(shí)開關(guān)接通，壓力消失后開關(guān)斷開；高壓直流逆變器正極與不銹鋼針頭電連通，高壓直流逆變器負(fù)極與金屬箔電連通。本發(fā)明使用時(shí)，先用手握住裝置，將裝置置于距離設(shè)置的收集極5-10厘米處，可任意方向指向收集極，收集極為金屬箔或人體皮膚等非絕緣性物質(zhì)；將紡絲溶液注入注射器的內(nèi)腔中，用拇指按住頂部的壓接開關(guān)，拇指的壓力推動(dòng)針管內(nèi)紡絲溶液緩緩流出，同時(shí)接通壓接開關(guān)，高壓直流逆變器產(chǎn)生的高電壓傳遞到不銹鋼針頭上，使不銹鋼針頭尖處帶 上3-5千伏的高壓，并從針頭處噴出納米纖維沉積于收集極上；待紡絲完畢后，將手松開，壓力消失，壓接開關(guān)斷開，紡絲溶液停止流出，紡絲結(jié)束。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，一是利用廉價(jià)的小型直流高壓逆變器來替代傳統(tǒng)價(jià)格昂貴的直流高壓電源，制作成本降低；二是利用9伏方形電池供電，減少使用者的恐懼心理，盡管會(huì)產(chǎn)生高達(dá)數(shù)千伏的高壓，但電流非常小，使用更加安全；三是體積和重量小，便于隨身攜帶，使用更加方便；四是用于課堂演示實(shí)驗(yàn)或?qū)W生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，紡絲穩(wěn)定、安全可靠；五是在醫(yī)用方面，通過選擇合適的前軀體溶液，將靜電紡絲技術(shù)應(yīng)用于傷口敷料的制備中，能及時(shí)的對(duì)傷口進(jìn)行保護(hù)，加速傷口血液凝固和愈合，操作簡(jiǎn)單，方便實(shí)用。


圖I為本發(fā)明的主體結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖2為本發(fā)明在人體皮膚上靜電紡絲的納米纖維示意圖。圖3為本發(fā)明制備的聚合物PVP納米纖維光學(xué)顯微鏡照片。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例并結(jié)合附圖作進(jìn)一步說明。實(shí)施例本實(shí)施例從便攜實(shí)用角度出發(fā)，設(shè)計(jì)出價(jià)格低廉、體積小、質(zhì)量輕、紡絲穩(wěn)定、纖維產(chǎn)率較高、能夠隨時(shí)隨地進(jìn)行紡絲的便攜式手持靜電紡絲裝置，其主體結(jié)構(gòu)包括金屬箔I、壓接開關(guān)2、注射器3、方形電池4、高壓直流逆變器5、高壓直流逆變器負(fù)極6、紡絲溶液7、高壓直流逆變器正極8和不銹鋼針頭9 ;常規(guī)的醫(yī)用注射器3的推桿頂端制有壓接開關(guān)2，平板式壓接開關(guān)2的頂側(cè)面上固定制有金屬箔1，常規(guī)醫(yī)用的注射器3的前端內(nèi)腔中置有紡絲溶液7，注射器3的側(cè)壁上對(duì)接一體式固定制有方形電池4和高壓直流逆變器5，注射器3的底端上插接式制有用于噴絲的不銹鋼針頭9，不銹鋼針頭9采用常規(guī)醫(yī)用的注射針頭結(jié)構(gòu)并與注射器配套組合；組裝制有不銹鋼針頭9的醫(yī)用注射器3用于存放紡絲溶液7 ;方形電池4為高壓直流逆變器5提供電源，直流電壓逆變之后電壓達(dá)數(shù)千伏，壓接開關(guān)2用于控制電源的開關(guān)，在受到外部輕微壓力時(shí)開關(guān)接通，壓力消失后開關(guān)斷開；高壓直流逆變器的正極8與不銹鋼針頭9電連通，高壓直流逆變器的負(fù)極6與金屬箔I電連通。本實(shí)施例使用時(shí)，先用手握住裝置，將裝置置于距離收集極5-10厘米處，可以以任意方向指向收集極，收集極為金屬箔或人體皮膚等非絕緣性物質(zhì)；將紡絲溶液7注入注射器3的針管內(nèi)，用拇指按住頂部的壓接開關(guān)2，拇指的壓力推動(dòng)針管內(nèi)紡絲溶液7緩緩流出，同時(shí)接通壓接開關(guān)2，高壓直流逆變器5產(chǎn)生的高電壓傳遞到不銹鋼針頭9上，使針頭尖處帶上3-5千伏的高壓，并從針頭處噴出納米纖維沉積于收集極上；待紡絲完畢后，將手松開，壓力消失，壓接開關(guān)2斷開，紡絲溶液7停止流出，紡絲結(jié)束。本實(shí)施例所選取的紡絲溶液為13wt%的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的乙醇溶液，先將
I.3克PVP粉末與8. 7克無水乙醇混合，然后室溫下磁力攪拌2小時(shí)，再靜置O. 5小時(shí)，獲得均勻透明的13wt9^^PVP靜電紡絲前軀體溶液；再將不銹鋼針頭9取下，拉動(dòng)注射器3的活塞抽取一定量配置好的13wt%PVP溶液，安裝好不銹鋼針頭9，將裝置置于收集極(任選平板面)上方5-10厘米處，用手輕壓注射器3頂部上方的壓接開關(guān)2，開關(guān)接通，同時(shí)紡絲溶液7 在壓力作用下沿不銹鋼針頭9流出，在針尖處形成噴絲，使纖維固化沉積于收集極上；整個(gè)紡絲過程穩(wěn)定，PVP纖維的產(chǎn)率較高，圖3是用載玻片收集的PVP納米纖維的光學(xué)顯微鏡照片，照片顯示納米纖維連續(xù)無間斷且粗細(xì)比較均勻，與傳統(tǒng)的靜電紡絲裝置制備的納米纖維區(qū)別小，紡絲效果好。本實(shí)施例直接用于課堂演示實(shí)驗(yàn)或?qū)W生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)時(shí)可以加一個(gè)外殼，將注射器
3、方形電池4和高壓直流逆變器5封裝起來，露出兩端的壓接開關(guān)2和不銹鋼針頭9即可，外觀更好看、攜帶更方便，通過選擇合適的前軀體紡絲溶液7，用于體外創(chuàng)傷護(hù)理，加速傷口血液凝固和愈合，以及化妝面膜和美容等。
權(quán)利要求
1.一種便攜式手持靜電紡絲裝置，其特征在于包括金屬箔、壓接開關(guān)、注射器、方形電池、高壓直流逆變器、高壓直流逆變器負(fù)極、紡絲溶液、高壓直流逆變器正極和不銹鋼針頭；醫(yī)用注射器的推桿頂端制有壓接開關(guān)，平板式壓接開關(guān)的頂側(cè)面上固定制有金屬箔，常規(guī)醫(yī)用的注射器的前端內(nèi)腔中置有紡絲溶液，注射器的側(cè)壁上對(duì)接式固定制有方形電池和高壓直流逆變器，注射器的底端上插接式制有用于噴絲的不銹鋼針頭，不銹鋼針頭采用常規(guī)醫(yī)用的注射針頭結(jié)構(gòu)并與注射器組合配套；制有不銹鋼針頭的醫(yī)用注射器內(nèi)腔中存放紡絲溶液；方形電池為高壓直流逆變器提供電源，直流電壓逆變之后電壓達(dá)數(shù)千伏級(jí)，壓接開關(guān)用于控制電源的開關(guān)，在受到外部輕微壓力時(shí)開關(guān)接通，壓力消失后開關(guān)斷開；高壓直流逆變器正極與不銹鋼針頭電連通，高壓直流逆變器負(fù)極與金屬箔電連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的便攜式手持靜電紡絲裝置，其特征在于使用時(shí)先用手握住裝置，將裝置置于距離設(shè)置的收集極5-10厘米處，方向指向收集極，收集極為金屬箔或人體皮膚非絕緣性物質(zhì)；將紡絲溶液注入注射器的內(nèi)腔中，用拇指按住頂部的壓接開關(guān)，拇指的壓力推動(dòng)針管內(nèi)紡絲溶液緩緩流出，同時(shí)接通壓接開關(guān)，高壓直流逆變器產(chǎn)生的高電壓傳遞到不銹鋼針頭上，使不銹鋼針頭尖處帶上3-5千伏的高壓，并從針頭處噴出納米纖維沉積于收集極上；待紡絲完畢后，將手松開，壓力消失，壓接開關(guān)斷開，紡絲溶液停止流出，紡絲結(jié)束。
全文摘要
本發(fā)明屬于靜電紡絲技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種便攜式手持靜電紡絲裝置，醫(yī)用注射器的推桿頂端制有壓接開關(guān)，頂側(cè)面上固定制有金屬箔，醫(yī)用注射器的前端內(nèi)腔中置有紡絲溶液，注射器的側(cè)壁上對(duì)接式固定制有方形電池和高壓直流逆變器，注射器的底端上插接式制有用于噴絲的不銹鋼針頭，采用常規(guī)醫(yī)用的注射針頭結(jié)構(gòu)并與注射器組合配套；制有不銹鋼針頭的醫(yī)用注射器內(nèi)腔中存放紡絲溶液；方形電池為高壓直流逆變器提供電源，直流電壓逆變后電壓達(dá)數(shù)千伏級(jí)；高壓直流逆變器正極與不銹鋼針頭電連通，高壓直流逆變器負(fù)極與金屬箔電連通；其整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，攜帶和使用操作方便，適合于野外教學(xué)、傷員搶救等場(chǎng)合，經(jīng)濟(jì)價(jià)值高。
文檔編號(hào)G09B25/02GK102776583SQ201210229010
公開日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月4日
發(fā)明者劉抗抗, 劉術(shù)亮, 孫彬, 張紅娣, 徐世聰, 李祿東, 龍?jiān)茲?申請(qǐng)人:青島大學(xué)