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表了輕質納米纖維的最新設計和制作方法。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、可調節溫度的運動服等，應用十分廣泛。

    圖注：納米纖維編織成線的SEM圖

    一種新開發的輕質納米纖維制造設備將會引起很多領域的革新。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，他們在快速生產可以精確控制取向的納米纖維手持設備上有了新進展。他們開發了一種應用廣泛的新材料，該材料可用于很多方向，如戰場上傷口處理、合成提升防彈衣質量的工程組織、創造前沿的可定制織物等。

    研究者們通過調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備，為了開發出這種全自動的設備，我們需要一項能有足夠生產力的，能生產高度定向纖維的技術。”

    納米纖維通過離心力、毛細力、電場、拉伸、鼓吹、熔化、蒸發制成。旋轉噴射紡絲技術和浸沒式旋轉噴射紡絲技術可以將聚合物和蛋白質溶解，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便攜。最新的制造方法，拉伸紡絲，用浸在聚合物或蛋白質容器中的高速旋轉鬃，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，就是能控制纖維直徑的溶液黏度。而最少的工藝參數可以簡化在工作臺和現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，研究人員能夠演示一些概念性應用，比如用聚己內酯和明膠纖維控制肌肉組織生長，調節生物支架功能，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在制造上的實用性。定制納米紡織業的應用前景廣闊，未來可擴展到很多方面，比如制作可調節溫度的噴涂運動服，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，這項研究成果發表于期刊Macromolecular Materials and Engineering。

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責任編輯：劉洋

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