一種熔融靜電噴涂裝置及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】一種熔融靜電噴涂裝置，包括控制箱、供液系統(tǒng)、進(jìn)液管、噴槍手柄、噴頭、氣流導(dǎo)管和高壓導(dǎo)線，控制箱內(nèi)設(shè)有高壓電源和氣泵，其中：噴頭位于噴槍手柄前端，噴頭內(nèi)設(shè)有金屬針頭；金屬針頭通過進(jìn)液管與供液系統(tǒng)相連，其管壁通過高壓導(dǎo)線與高壓電源連接；金屬針頭的外壁和噴頭的內(nèi)壁之間形成氣流通道，通過噴槍手柄與氣流導(dǎo)管連通，氣流導(dǎo)管又與氣泵連接；供液系統(tǒng)由進(jìn)料系統(tǒng)、熔融加熱系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)組成，待噴涂材料由進(jìn)料系統(tǒng)送入熔融加熱系統(tǒng)，熔融后在液壓系統(tǒng)的推動(dòng)下進(jìn)入進(jìn)液管，再流進(jìn)金屬針頭，控制箱控制電壓和氣流大小，實(shí)現(xiàn)氣流引導(dǎo)的定向原位靜電噴涂。該裝置可廣泛應(yīng)用于醫(yī)療止血、戰(zhàn)傷急救、組織工程和美容化妝品、工業(yè)噴涂領(lǐng)域。
【專利說明】一種熔融靜電噴涂裝置及其應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)療器材【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種利用靜電紡絲技術(shù)結(jié)合氣流引導(dǎo)來實(shí)現(xiàn)藥液及醫(yī)用生物材料直接在目標(biāo)處定點(diǎn)、定向、原位精確噴涂的氣流引導(dǎo)式定向原位靜電噴涂裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]靜電噴涂是一種使帶大量靜電荷的待噴涂溶液在高壓靜電電場(chǎng)力的作用下定向運(yùn)動(dòng)，形成帶電射流，從而實(shí)現(xiàn)溶液在目標(biāo)物體表面涂覆的方法。靜電噴涂主要有靜電噴霧和靜電紡絲兩種形式。其中，靜電噴霧主要用于對(duì)水或水溶液或油漆等無成絲性液體的霧化，主要用于農(nóng)作物噴霧施藥和汽車、家電、儀表的外殼噴漆；靜電紡絲是高分子流體靜電霧化的特殊形式，利用易揮發(fā)的有機(jī)溶劑配制具有一定黏度的溶液，通過高壓靜電發(fā)生器產(chǎn)生靜電場(chǎng)，使溶液在噴口處?kù)F化分裂出的物質(zhì)不是微小液滴，而是聚合物微小射流，射流在空氣中經(jīng)劈裂、拉伸、溶劑揮發(fā)過程，最終固化成纖維，沉積在目標(biāo)收集極上。
[0003]靜電噴涂過程中，由于電場(chǎng)線的發(fā)散性分布，以及帶有大量同種靜電荷霧化液滴或電紡纖維的相互排斥作用，會(huì)使霧化液滴或纖維在目標(biāo)物體上產(chǎn)生很大的噴涂區(qū)域，甚至?xí)扛仓聊繕?biāo)物體的背面，即產(chǎn)生環(huán)包效應(yīng)。當(dāng)靜電噴涂技術(shù)用于醫(yī)療領(lǐng)域時(shí)，環(huán)包效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致涂覆不精確，藥液涂覆到不需要的區(qū)域，不僅造成藥物的浪費(fèi)，而且當(dāng)創(chuàng)面位于體腔內(nèi)深部時(shí)，帶電的藥物大部分會(huì)被吸附到離噴口更近的臟器表面上，產(chǎn)生法拉第籠效應(yīng)，無法對(duì)創(chuàng)面進(jìn)行有效涂覆。環(huán)包效應(yīng)和法拉第籠效應(yīng)阻礙了靜電噴涂技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的發(fā)展。
[0004]隨著生物敷料的發(fā)展和需要，敷料材料和結(jié)構(gòu)必須適用人體組織修復(fù)的需要。通常生物醫(yī)用敷料可以分為體外敷料和體內(nèi)敷料。其中，體外敷料主要包括燒燙傷敷料、止血消炎敷料、繃帶等。體內(nèi)敷料主要指手術(shù)隔離膜，特別是應(yīng)用于心胸血管器官防粘連隔離的手術(shù)。靜電紡絲作為一種簡(jiǎn)單、高效的納米纖維膜制備方法，已被廣泛地研究開發(fā)和應(yīng)用。在醫(yī)療止血方面，靜電紡絲納米纖維膜既具有透氣性能又能提供有效的屏障保護(hù)結(jié)構(gòu)，其孔徑分布可以控制到足夠小以阻擋細(xì)菌的入侵，并且在濕潤(rùn)的傷口表面可以均勻黏附防止脫水，因而非常適合用作皮膚敷料和人工皮膚。此外，電紡纖維膜還具有超高的比表面積，可以大量攜載包括抗菌藥物在內(nèi)的多種有益成分，有利于促進(jìn)受損部位的愈合和組織再生。在美容行業(yè)，電紡纖維還可制作成面膜，通過電紡將有益成分添加到纖維中，纖維膜不僅具有優(yōu)異吸附、清潔作用，同時(shí)與皮膚接觸可以將有益因子穩(wěn)定均勻地傳遞給人體，利于人體組織的吸收和運(yùn)輸。
[0005]靜電紡絲可分為溶液靜電紡絲和熔體靜電紡絲。相對(duì)于溶液靜電紡絲，熔體靜電紡絲無需溶劑、成本低、生產(chǎn)效率高，適用于一些室溫下沒有合適溶劑的聚合物。但是對(duì)于熔體電紡，聚合物熔體黏度高、導(dǎo)電性差，通常需要比較高的電場(chǎng)強(qiáng)度才能紡絲，而且紡絲過程中射流遇冷迅速固化，鞭動(dòng)過程受到抑制，導(dǎo)致纖維直徑多在微米級(jí)別。Dalton等(Dalton et al, B1macromolecules, 2006, 7:686)以纖維原細(xì)胞作為目標(biāo)接收物體，將聚合物纖維直接熔融電紡到細(xì)胞上，進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)后發(fā)現(xiàn)沒有引起細(xì)胞死亡，而且纖維原細(xì)胞沿著電紡纖維軸向生長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)證明，熔體紡絲具有安全無毒的特性，可應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。
[0006]專利CN 201320741232.3設(shè)計(jì)了一種氣流引導(dǎo)式定向原位靜電噴涂裝置，可以將α-氰基丙烯酸酯醫(yī)用膠電紡成微納米纖維，并在氣流導(dǎo)向下精確均勻沉積到傷口表面形成致密薄膜，從而在幾秒至十幾秒內(nèi)實(shí)現(xiàn)迅速止血，讓手術(shù)變得更快更安全。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于，提供一種氣流引導(dǎo)式定向原位熔融靜電噴涂裝置，無需溶劑，而是利用聚合物本身的適宜熔點(diǎn)性質(zhì)，利用熔融加熱設(shè)備使聚合物保持在熔融狀態(tài)下但不發(fā)生降解，進(jìn)而實(shí)施靜電噴涂，從而彌補(bǔ)現(xiàn)有靜電噴涂技術(shù)在醫(yī)療等領(lǐng)域應(yīng)用的缺點(diǎn)，尋求一種能夠使聚合物等生物材料直接在人體創(chuàng)面目標(biāo)處定點(diǎn)、定向、原位精確噴涂的方法。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0009]一種熔融靜電噴涂裝置，包括控制箱、供液系統(tǒng)、進(jìn)液管、噴槍手柄、噴頭、氣流導(dǎo)管和高壓導(dǎo)線，所述控制箱內(nèi)設(shè)有高壓電源和氣泵，其中:所述噴頭設(shè)置在噴槍手柄前端，在噴頭內(nèi)設(shè)有金屬針頭；該金屬針頭通過進(jìn)液管與供液系統(tǒng)相連；該金屬針頭的管壁則通過高壓導(dǎo)線與控制箱內(nèi)的高壓電源的正極相連接；在噴頭內(nèi)，金屬針頭的外壁和噴頭的內(nèi)壁之間形成的空間為氣流通道，該氣流通道通過噴槍手柄與氣流導(dǎo)管相連通，而氣流導(dǎo)管又與氣泵連接；待噴涂材料由供液系統(tǒng)提供，所述供液系統(tǒng)由進(jìn)料系統(tǒng)、熔融加熱系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)組成，進(jìn)料系統(tǒng)將待噴涂材料送入熔融加熱系統(tǒng)的熔體腔中，通過熔融加熱系統(tǒng)熔融后，在液壓系統(tǒng)的推動(dòng)下進(jìn)入進(jìn)液管，再流進(jìn)金屬針頭，由控制箱控制高壓電源的電壓和氣泵的氣流大小，實(shí)現(xiàn)氣流引導(dǎo)的定向原位靜電噴涂。
[0010]進(jìn)一步的，上述噴頭上還設(shè)有集成傳感系統(tǒng)，包括距離傳感系統(tǒng)、溫濕度傳感系統(tǒng)及高速成像系統(tǒng)，分別具備獨(dú)立的測(cè)量噴頭與處理目標(biāo)物距離、周圍環(huán)境溫濕度監(jiān)測(cè)、靜電噴涂過程高速成像的功能，其各自工作時(shí)互不干擾，統(tǒng)一由計(jì)算機(jī)收集處理數(shù)據(jù)。這里的計(jì)算機(jī)作為輔助系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)控靜電噴涂的工作狀態(tài)和動(dòng)態(tài)參數(shù)，對(duì)噴涂時(shí)的數(shù)據(jù)收集與處理以及及時(shí)調(diào)整更有利的工藝參數(shù)有重要的幫助。
[0011]進(jìn)一步的，上述供液系統(tǒng)中的進(jìn)料系統(tǒng)包括進(jìn)料斗、進(jìn)料速度調(diào)節(jié)桿、進(jìn)料輸送通道和篩網(wǎng)，其中:篩網(wǎng)設(shè)置在進(jìn)料斗出口處，能夠過濾掉顆粒比較大的物料或因靜電團(tuán)聚而引起的結(jié)塊；進(jìn)料速度調(diào)節(jié)桿設(shè)置在進(jìn)料斗出口處，篩網(wǎng)的下方，控制進(jìn)料速度；進(jìn)料輸送通道連通熔融加熱系統(tǒng)。所述進(jìn)料斗內(nèi)還可設(shè)置干燥器，為原料除濕。所述進(jìn)料斗內(nèi)還可增加材料的輻照消毒裝置，通過紫外線的殺菌作用，使菌體蛋白發(fā)生光解、變性，直至死亡，達(dá)到為醫(yī)用生物材料消毒的目的。所述輻照裝置采用6tlCo鈷源，輻射消毒劑量為25kGy即可滿足醫(yī)療需求。
[0012]進(jìn)一步的，上述供液系統(tǒng)中的液壓系統(tǒng)采用齒輪泵結(jié)構(gòu)，包括油缸、油管、齒輪泵、旋轉(zhuǎn)電機(jī)、液壓電器系統(tǒng)等。所述齒輪泵能夠改變密封油缸的體積進(jìn)而改變壓強(qiáng)，通過油管從密封油缸內(nèi)吸入液壓油，進(jìn)而將液壓油產(chǎn)生的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能作用在活塞上，使得活塞兩端作用力不平衡，驅(qū)動(dòng)活塞向前運(yùn)動(dòng)，由于活塞固定在旋轉(zhuǎn)螺桿上，所以會(huì)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)螺桿向前運(yùn)動(dòng)，使熔體持續(xù)不斷地從噴嘴擠出注入進(jìn)液管。同時(shí)通過旋轉(zhuǎn)電機(jī)提供能量并控制螺桿的扭矩和轉(zhuǎn)速，使物料從進(jìn)料系統(tǒng)向前輸送。
[0013]進(jìn)一步的，上述供液系統(tǒng)中的熔融加熱系統(tǒng)包括熔體腔，圍繞熔體腔的加熱線圈，熔體腔內(nèi)的旋轉(zhuǎn)螺桿，以及設(shè)置在熔體腔與進(jìn)液管連接處的過濾網(wǎng)膜和噴嘴。在加熱線圈的加熱下，熔體腔內(nèi)的物料熔融，旋轉(zhuǎn)電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)在液壓系統(tǒng)的推動(dòng)下使熔體受到壓力向前擠出，經(jīng)過濾網(wǎng)膜濾除雜質(zhì)后，熔體經(jīng)噴嘴注入進(jìn)液管。其中，在熔體熔融擠出過程中，將經(jīng)歷3個(gè)溫區(qū):固體輸送區(qū)、熔融區(qū)和熔體輸送區(qū)。固體輸送區(qū)是進(jìn)行固態(tài)高分子物料的輸送；熔融區(qū)是將壓縮物料并使物料受熱熔融；熔體輸送區(qū)是對(duì)熔融物料進(jìn)行混合，并定量向噴嘴輸送。每段溫區(qū)均需熱電偶進(jìn)行溫度的監(jiān)控，也可采用腔內(nèi)埋入探針的方法測(cè)量熔體本身的溫度，保證熔體溫度的精確控制。此外，在噴嘴處，還設(shè)有過濾網(wǎng)膜，以用來除去大于幾微米的未熔融顆?；螂s質(zhì)。
[0014]所述控制箱上設(shè)置有用來插接氣流導(dǎo)管的插口、用來插接連接高壓電源正極與噴頭的高壓導(dǎo)線的插口、用來調(diào)節(jié)高壓電源電壓大小的電壓調(diào)節(jié)旋鈕、用來調(diào)節(jié)氣泵氣流大小的氣流調(diào)節(jié)旋鈕、用來控制熔融加熱系統(tǒng)加熱線圈溫度的調(diào)節(jié)旋鈕，以及用來控制旋轉(zhuǎn)螺桿轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)旋鈕。所述控制箱內(nèi)的高壓電源的負(fù)極接地。
[0015]上述熔融噴涂裝置適用于無需溶劑的適宜熔點(diǎn)生物材料在熔融狀態(tài)下進(jìn)行靜電噴涂，達(dá)到原位沉積。適用的噴涂材料包括但不限于:聚酯類，如聚乳酸(PLA)、聚乳酸-羥基乙酸(PLGA)、聚己內(nèi)酯(PCL)、聚乙醇酸(PGA)、聚羥基烷酸酯(PHA)、聚氨基甲酸酯、芳香族聚酯、聚酯酰胺、聚丙烯(PP)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯等；月旨肪族聚酸酐類，如聚癸二酸酐、聚己二酸酐、聚十二酸酐等；以及上述材料與活性添加劑如聚環(huán)氧乙烷(PEO)、聚乙二醇(PEG)、聚乙烯醇(PVA)的兩種或多種的混合物。熔體擠出所需加熱溫度和螺桿擠出速度與高分子物料的類型、分子量和熔體本身流動(dòng)性有關(guān)。保持適宜的溫度，物料熔體可擁有優(yōu)異的流變性，更利于熔體的擠出，同時(shí)能夠避免溫度過高造成的物料降解。
[0016]上述熔融靜電噴涂裝置，進(jìn)一步可以包括一保溫套管，所述進(jìn)液管套裝在該保溫套管內(nèi)。
[0017]優(yōu)選的，所述進(jìn)液管為聚四氟乙烯管；所述氣流導(dǎo)管為硅膠氣流導(dǎo)管；所述保溫套管由聚氯乙烯外層和石棉保溫內(nèi)層構(gòu)成。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0019]I)本發(fā)明用來噴涂的噴頭與金屬針頭之間形成氣流通道，通過氣流導(dǎo)管與氣泵相連通，氣流可以引導(dǎo)待噴涂藥液沿氣流方向運(yùn)動(dòng)，起到定向功能，還可以通過削弱環(huán)包效應(yīng)和法拉第籠效應(yīng)起到束縛作用，從而實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)定向精確噴涂。
[0020]2)由于靜電吸附作用，聚合物熔體帶有大量靜電荷，只需將藥液直接噴灑在創(chuàng)面，即可與創(chuàng)面形成牢固的結(jié)合，形成穩(wěn)定而有效的保護(hù)層，并且噴涂藥液不會(huì)發(fā)生飛濺，利用率高，治療效果更好。
[0021]3)本發(fā)明具有過濾、消毒和滅菌裝置，可以有效保護(hù)創(chuàng)面不受感染。此外，電紡絲纖維膜不僅具有良好的透氣性能，還可以濾去空氣中的幾乎所有的細(xì)菌和微塵，避免傷口發(fā)生感染，使其在醫(yī)療止血、急救上的應(yīng)用更有優(yōu)勢(shì)。經(jīng)過處理的創(chuàng)口往往愈合良好，不留疤痕。
[0022]4)熔融靜電噴涂裝置將加熱裝置、貯液裝置、輸送裝置、噴頭裝置、保溫系統(tǒng)集成一體化，提高了噴涂的穩(wěn)定性和連續(xù)性，旋轉(zhuǎn)螺桿擠壓裝置可以持續(xù)有效地將熔體擠出，提高了熔融紡絲的效率。噴涂的纖維膜同時(shí)具有較高溫度，能夠適度燙傷創(chuàng)面更利于凝血、止血。
[0023]本發(fā)明的裝置具有定向、實(shí)時(shí)、原位的微納米噴涂特點(diǎn)，適用于多種無需溶劑的或常溫下無法電紡的生物醫(yī)用材料在熔融條件下的靜電噴涂。并且，噴涂過程中由于沒有溶劑的揮發(fā)過程，從而降低了對(duì)環(huán)境的污染。本裝置的發(fā)明拓寬了可噴涂微納米纖維的種類，促進(jìn)了微納米纖維形態(tài)的生物材料在醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。所制備的微納米材料適用于多種用途:醫(yī)療止血方面如臨床手術(shù)止血、燒燙傷敷料、止血消炎滅菌敷料、醫(yī)用繃帶、手術(shù)縫合線、血管器官防粘連手術(shù)隔離膜；組織工程方面，如制作組織支架、組織填充物、人工皮膚、用于皮膚再生的傷口敷料；化妝品領(lǐng)域，如面膜的制作和皮膚的護(hù)理。特別的，本發(fā)明開創(chuàng)了粘附止血材料的潛能基礎(chǔ)研究的新途徑，可解決手術(shù)安全與術(shù)后康復(fù)控制創(chuàng)面出血難題；創(chuàng)新的理念與外科止血技術(shù)的實(shí)時(shí)結(jié)合，進(jìn)行可靠止血技術(shù)的應(yīng)用與治療。利用本發(fā)明的裝置同時(shí)可以改變目前傳統(tǒng)醫(yī)用材料的應(yīng)用方式，可充分保障生物醫(yī)學(xué)材料的粘附力、安全性，實(shí)現(xiàn)實(shí)質(zhì)性臟器連續(xù)完整性的重建。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明熔融靜電噴涂裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖2為熔融靜電噴涂裝置的進(jìn)料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖3為熔融靜電噴涂裝置的熔融加熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖4為熔融靜電噴涂裝置的兩種靜電噴涂狀態(tài)示意圖。
[0028]圖5為熔融靜電噴涂裝置的的定向原位沉積原理示意圖。
[0029]圖6為實(shí)施例1制備的聚己內(nèi)酯(PCL)電紡纖維的圖片。
[0030]其中:1:控制箱；2:電源開關(guān)；3:電壓調(diào)節(jié)旋鈕；4:氣流調(diào)節(jié)旋鈕；5:溫度調(diào)節(jié)旋鈕；6:保溫套管；7:金屬針頭；8:進(jìn)液管；9:嗔槍手柄；10:可旋轉(zhuǎn)式嗔頭；11:集成傳感系統(tǒng)；12:氣流引導(dǎo)下絲束；13:噴嘴；14:高壓導(dǎo)線；15:氣流管道；16:液壓系統(tǒng)；16_1:液壓電器系統(tǒng)；16_2:齒輪泵；16-3:旋轉(zhuǎn)電機(jī)；16-4:油管；16_5:活塞；17:進(jìn)料系統(tǒng)；17_1:進(jìn)料斗；17-2:進(jìn)料速度調(diào)節(jié)桿；17-3:進(jìn)料輸送通道；17-4:通道聯(lián)結(jié)管；17_5:干燥器；17-6:篩網(wǎng)；18:熔融加熱系統(tǒng)；19:螺桿轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)旋鈕；20:加熱線圈；21:旋轉(zhuǎn)螺桿；22:過濾網(wǎng)膜；23:固體輸送區(qū)；24:冷卻料斗區(qū)；25:遲滯區(qū)；26:熔融區(qū)；27:熔體輸送區(qū)。

【具體實(shí)施方式】
[0031 ] 下面結(jié)合附圖，通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0032]實(shí)施例1:熔融靜電噴涂裝置及其應(yīng)用
[0033]如圖1所示，本實(shí)施例的熔融靜電紡絲裝置包括:控制箱1、液壓系統(tǒng)16進(jìn)料系統(tǒng)17、熔融加熱系統(tǒng)18、保溫套管6、金屬針頭7、進(jìn)液管8、噴槍手柄9、可旋轉(zhuǎn)式噴頭10、高壓導(dǎo)線14和氣流導(dǎo)管15。可旋轉(zhuǎn)式噴頭10設(shè)置在噴槍手柄9前端；進(jìn)液管8套裝在保溫套管6內(nèi)，并穿過噴槍手柄9與設(shè)置在噴頭10內(nèi)的金屬針頭7相連接。所述控制箱I內(nèi)裝有氣泵和高壓電源；氣流導(dǎo)管15—端連接氣泵，另一端接在噴槍手柄9的末端，噴頭10內(nèi)壁與金屬針頭7外壁之間形成的環(huán)形管道空間為氣流通道，氣泵產(chǎn)生具有一定壓力的氣流通過氣流導(dǎo)管15與該氣流通道相連通，使氣泵中的氣流可以從噴頭10內(nèi)的氣流通道噴出；金屬針頭7的管壁與高壓導(dǎo)線14相連，高壓導(dǎo)線14的另一端與高壓電源正極相連接。如圖2所示，所述進(jìn)料系統(tǒng)17包括進(jìn)料斗17-1、進(jìn)料速度調(diào)節(jié)桿17-2、進(jìn)料輸送通道17-3和篩網(wǎng)17-6。所述進(jìn)料斗17-1內(nèi)設(shè)有干燥器17-5(參見圖3)，可為原料除濕；通過調(diào)節(jié)進(jìn)料速度調(diào)節(jié)桿17-2可控制進(jìn)料速度；所述進(jìn)料系統(tǒng)17通過通道聯(lián)結(jié)管17-4與熔融加熱系統(tǒng)18連接，能夠持續(xù)不斷地為裝置提供原料，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)噴涂。篩網(wǎng)17-6能夠過濾掉顆粒比較大的物料或因靜電團(tuán)聚而引起的結(jié)塊。為防止粉體物料與管壁發(fā)生靜電吸附或自身團(tuán)簇聚集，可以將進(jìn)料系統(tǒng)的管道接入地線，使電流導(dǎo)出，或者在物料篩分前添加防靜電劑，如滑石粉、微粉硅膠、十二烷基硫酸鈉等輔料。
[0034]所述液壓系統(tǒng)16采用齒輪泵結(jié)構(gòu),包括油缸、油管16-4、齒輪泵16_2、旋轉(zhuǎn)電機(jī)16-3、液壓電器系統(tǒng)16-1等，參見圖1和圖3。所述齒輪泵能夠改變密封油缸的體積進(jìn)而改變壓強(qiáng)，通過油管16-4從密封油缸內(nèi)吸入液壓油，進(jìn)而將液壓油產(chǎn)生的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能作用在活塞16-5上，使得活塞16-5兩端作用力不平衡，驅(qū)動(dòng)活塞16-5向前運(yùn)動(dòng)，由于活塞16-5固定在旋轉(zhuǎn)螺桿21上，所以會(huì)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)螺桿21向前運(yùn)動(dòng)，使熔體持續(xù)不斷地從噴嘴13擠出注入進(jìn)液管6。同時(shí)通過旋轉(zhuǎn)電機(jī)16-3提供能量并控制螺桿21的扭矩和轉(zhuǎn)速，使物料從進(jìn)料系統(tǒng)17向前輸送。
[0035]如圖3所示，所述熔融加熱系統(tǒng)18包括熔體腔，以及圍繞熔體腔的加熱線圈20、熔體腔內(nèi)的旋轉(zhuǎn)螺桿21和設(shè)置在熔體腔與進(jìn)液管8連接處的過濾網(wǎng)膜22。所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)16-3的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)螺桿21轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使熔體受到壓力向前從噴嘴13擠出，進(jìn)入進(jìn)液管8。
[0036]所述控制箱I上還設(shè)有電源開關(guān)2、用來調(diào)節(jié)高壓電源電壓大小的電壓調(diào)節(jié)旋鈕
3、用來控制氣泵氣流大小的氣流調(diào)節(jié)旋鈕4、用來控制加熱線圈的溫度調(diào)節(jié)旋鈕5和用來控制螺桿的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)旋鈕19以及位于它們上方顯示參數(shù)的顯示屏。螺桿轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)旋鈕19可使熔體擠出流量精確控制，從而控制噴涂流量的穩(wěn)定。
[0037]噴涂時(shí)，首先打開電源開關(guān)2，調(diào)節(jié)溫度調(diào)節(jié)旋鈕5 (可控溫度范圍50-400°C )，熔融加熱系統(tǒng)18將對(duì)熔體腔進(jìn)行預(yù)熱。開啟液壓系統(tǒng)16，將原料通過進(jìn)料系統(tǒng)17加入，調(diào)節(jié)進(jìn)料速度調(diào)節(jié)桿17-2控制進(jìn)料速度，調(diào)節(jié)螺桿轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)旋鈕19 (可控轉(zhuǎn)速范圍0.5-10轉(zhuǎn)/分鐘)，待原料充分熔融后，在液壓系統(tǒng)16的推動(dòng)下熔體被擠壓出熔體腔，經(jīng)過過濾網(wǎng)膜濾過雜質(zhì)顆粒后，從噴嘴13注入進(jìn)液管8，調(diào)節(jié)電壓調(diào)節(jié)旋鈕3 (可控電壓最高為60千伏)，氣流調(diào)節(jié)旋鈕4 (可控流量范圍5-20升/分鐘)，手持噴槍手柄9，將噴頭10對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)物體開始噴涂。以上參數(shù)均可根據(jù)需要調(diào)節(jié)至最佳參數(shù)。根據(jù)熔體性質(zhì)的不同，本裝置具有原位靜電紡絲噴涂(圖4左)和靜電噴霧噴涂(圖4右)兩種功能。噴涂結(jié)束后，先后調(diào)節(jié)溫度調(diào)節(jié)旋鈕5、螺桿轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)旋鈕19、電壓調(diào)節(jié)旋鈕3、氣流調(diào)節(jié)旋鈕4至最小，最后關(guān)閉電源開關(guān)2和液壓系統(tǒng)16。
[0038]本熔融靜電噴涂裝置在氣流輔助下，可以實(shí)現(xiàn)沉積范圍和沉積地點(diǎn)的精確控制。其定向原位沉積原理如圖5所示，以培養(yǎng)皿中的液面作為收集襯底，打開氣泵后，氣流通過噴頭吹向液面，液面在氣流擠壓下向周圍流動(dòng)形成一小孔洞，表明氣流輔助不僅可以幫助實(shí)現(xiàn)精確噴涂和定向沉積，還能夠有效清潔收集襯底的表面。
[0039]以聚己內(nèi)酯(PCL)的熔融靜電紡絲為例說明熔融靜電紡絲的過程如下:
[0040]首先，打開電源開關(guān)2，調(diào)節(jié)溫度調(diào)節(jié)旋鈕5至70°C，預(yù)熱5分鐘后，開啟液壓系統(tǒng)16，從進(jìn)料口 17-1加入PCL固態(tài)原材料，經(jīng)過干燥器17-5干燥后進(jìn)入固體輸送區(qū)23進(jìn)行預(yù)熱，調(diào)節(jié)螺桿轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)旋鈕19至I轉(zhuǎn)/分鐘，PCL在旋轉(zhuǎn)螺桿21的擠壓壓力下逐漸被送入熔融區(qū)26。由于PCL的熔點(diǎn)為65，1:低于熔體腔的加熱溫度70°C，因此PCL在此區(qū)逐漸成為熔融狀態(tài)。熔融流體在旋轉(zhuǎn)螺桿21的擠壓壓力下到達(dá)熔體輸送區(qū)27。在此區(qū)，PCL已完全變?yōu)槿廴跔顟B(tài)，最終熔體被輸送到貯液區(qū)，在液壓系統(tǒng)16的推動(dòng)下高溫熔體將被擠壓出噴嘴13到達(dá)進(jìn)液管8中。調(diào)節(jié)電壓調(diào)節(jié)旋鈕3至30千伏，氣流調(diào)節(jié)旋鈕4為10升/分鐘，手持噴槍手柄9，對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)物體開始噴涂，當(dāng)PCL熔體在針頭尖端處產(chǎn)生噴射細(xì)流后，螺桿轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)旋鈕19需適當(dāng)調(diào)小，一直到紡絲可以順利連續(xù)進(jìn)行為止。噴涂結(jié)束后，先后調(diào)節(jié)溫度調(diào)節(jié)旋鈕5、螺桿轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)旋鈕19、電壓調(diào)節(jié)旋鈕3、氣流調(diào)節(jié)旋鈕4至最小，最后關(guān)閉電源開關(guān)2和液壓系統(tǒng)16。
[0041]如圖6所示為利用熔融靜電噴涂裝置制備的聚己內(nèi)酯(PCL)電紡纖維光學(xué)照片。
【權(quán)利要求】
1.一種熔融靜電噴涂裝置，包括控制箱、供液系統(tǒng)、進(jìn)液管、噴槍手柄、噴頭、氣流導(dǎo)管和高壓導(dǎo)線，所述控制箱內(nèi)設(shè)有高壓電源和氣泵，其中:所述噴頭設(shè)置在噴槍手柄前端，在噴頭內(nèi)設(shè)有金屬針頭；該金屬針頭通過進(jìn)液管與供液系統(tǒng)相連；金屬針頭的管壁則通過高壓導(dǎo)線與控制箱內(nèi)的高壓電源的正極相連接；在噴頭內(nèi)，金屬針頭的外壁和噴頭的內(nèi)壁之間形成的氣流通道通過噴槍手柄與氣流導(dǎo)管相連通，而氣流導(dǎo)管又與氣泵連接；所述供液系統(tǒng)由進(jìn)料系統(tǒng)、熔融加熱系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)組成，進(jìn)料系統(tǒng)將待噴涂材料送入熔融加熱系統(tǒng)的熔體腔中，通過熔融加熱系統(tǒng)熔融后，在液壓系統(tǒng)的推動(dòng)下進(jìn)入進(jìn)液管，再流進(jìn)金屬針頭，由控制箱控制高壓電源的電壓和氣泵的氣流大小，實(shí)現(xiàn)氣流引導(dǎo)的定向原位靜電噴涂。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔融靜電噴涂裝置，其特征在于，所述噴頭上設(shè)置有集成傳感系統(tǒng)，該集成傳感系統(tǒng)包括:用于測(cè)量噴頭與處理目標(biāo)物距離的距離傳感系統(tǒng)，用于監(jiān)測(cè)周圍環(huán)境溫濕度的溫濕度傳感系統(tǒng)，和，用于對(duì)靜電噴涂過程高速成像的高速成像系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔融靜電噴涂裝置，其特征在于，所述進(jìn)料系統(tǒng)包括進(jìn)料斗、進(jìn)料速度調(diào)節(jié)桿、進(jìn)料輸送通道和篩網(wǎng)，其中:篩網(wǎng)設(shè)置在進(jìn)料斗出口處；進(jìn)料速度調(diào)節(jié)桿設(shè)置在篩網(wǎng)下方；進(jìn)料輸送通道連通熔融加熱系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熔融靜電噴涂裝置，其特征在于，所述進(jìn)料系統(tǒng)的進(jìn)料斗內(nèi)設(shè)置有干燥器。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熔融靜電噴涂裝置，其特征在于，所述進(jìn)料系統(tǒng)的進(jìn)料斗內(nèi)設(shè)置有輻照消毒裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔融靜電噴涂裝置，其特征在于，所述液壓系統(tǒng)采用齒輪泵結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔融靜電噴涂裝置，其特征在于，所述熔融加熱系統(tǒng)包括:熔體腔，圍繞熔體腔的加熱線圈，熔體腔內(nèi)的旋轉(zhuǎn)螺桿，控制旋轉(zhuǎn)螺桿的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，以及設(shè)置在熔體腔與進(jìn)液管連接處的過濾網(wǎng)膜和噴嘴；所述噴嘴連接進(jìn)液管。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的熔融靜電噴涂裝置，其特征在于，所述控制箱上設(shè)置有用來插接氣流導(dǎo)管的插口、用來插接高壓導(dǎo)線的插口、用來調(diào)節(jié)高壓電源電壓大小的調(diào)節(jié)旋鈕、用來調(diào)節(jié)氣泵氣流大小的調(diào)節(jié)旋鈕、用來控制熔融加熱系統(tǒng)加熱線圈溫度的調(diào)節(jié)旋鈕，以及用來控制旋轉(zhuǎn)螺桿轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)旋鈕。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔融靜電噴涂裝置，其特征在于，所述熔融靜電噴涂裝置還包括一保溫套管，所述進(jìn)液管套裝在該保溫套管內(nèi)。
10.權(quán)利要求1?9任一所述的熔融靜電噴涂裝置在組織工程和美容化妝品領(lǐng)域的應(yīng)用。
【文檔編號(hào)】A61M11/00GK104225736SQ201410520575
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月30日
【發(fā)明者】姜?jiǎng)P, 陳照軍, 沈國(guó)震, 陳帥, 盛琛皓 申請(qǐng)人:姜?jiǎng)P, 陳照軍