蚕和蜘蛛等动物具备在自然环境条件下按需纺丝的能力；相较之下，人类开发和使用的纺丝技术则通常需要复杂的工艺操作和精密的设备。四川大学高分子科学与工程学院微粘控加工团队（PI为王宇特聘研究员）受蚕利用粘附力纺丝的启发，报道了一种基于微粘附力的即时微/纳米纤维纺丝技术（简称微粘控纺丝技术，MAG Spinning)。MAG纺丝技术利用纺丝液与微针/微纳凸起之间的微粘附作用，借助外场拉伸产生形貌可控的微纳纤维。该工作首先从加工的视角系统地研究了纺丝液的组成、流变性能、微针尺寸、拉伸速度等关键加工因素对纤维形态的影响规律。进一步，通过模仿蚕纺丝过程中头部可能的运动模式，发展了直线、振动和旋转三种不同的纺丝模式，分别制备出取向、交联和加捻结构的纤维织物。由于微粘附力的普遍性及其在操作上前所未有的灵活性，该工作最终实现了无设备的MAG即时纺丝技术，并借助聚合物泡棉展示了其规模化潜力。

  上述工作以“Biomimetic Microadhesion Guided Instant Spinning”为题，近期发表在微纳科学与技术领域的国际著名期刊Nano Letters上。论文第一作者为硕士研究生倪朱熙，通讯作者为傅雪薇特聘副教授，杨伟教授和王宇特聘研究员。

  通过学习春蚕纺丝过程，作者利用微纳尺度的粘附力，对高分子流体进行操控，并利用自制装置实现了纤维的灵活、高效和即时制造。在本工作中，微粘附被定义为发生在微观尺度上的粘附，即纺丝液与尺寸为20-100 μm的微针或者微凸起之间的粘附。在图1a右图中，微针阵列由可移动的推杆控制，然后与多孔板渗出的纺丝液发生粘附作用。然后，将微针阵列以一定的速度抬起，通过粘附力使纺丝液成纤。为了更深入地了解MAG纺丝的适宜加工条件，作者研究了不同固含量和分子量的PEO溶液的流变特性(图 1b)，并将其与MAG纺丝的加工原理相关联，建立其合适的流变学性能区间。同时，通过研究纺丝过程中纺丝液受到的表面张力、粘附力和毛细作用力探讨了纺丝液成纤的可能机理（图 1c）。

图1. 微粘控（MAG）纺丝示意图及机理探究

  MAG纺丝与传统纺丝最显著的区别是利用微粘附力所带来的极端灵活性和便捷性。通过对蚕纺丝时头部三种基本运动方式的模拟，演示了三种不同的纺丝模式:直线、振动和旋转。三种模式下收集到的纤维织物呈现出截然不同的形貌（图2a-c）。同时，纤维的收集方式也可以灵活多变，甚至可编程。如图2d-f所示，示意图展示了不同的采集方式得到的纤维形貌扫描电镜图像。          

图2. 通过仿生运动和可编程的纤维收集方法演示MAG纺丝的灵活性

  最后，通过无设备的方式进一步证明了MAG纺丝的灵活性（图3a）。比如，只利用聚合物泡沫即可扩大MAG纺丝的规模和成丝效率。不仅如此，作者还展示了如何利用MAG纺丝原理，在弹性多孔材料内部通过粘附位点实现孔内原位纺丝（图3b），这一点在传统纺丝技术中通常是难以实现的。最后，作者还展示了其在生物医学方面的可能应用。比如采用双辛二甲基氯化铵(DDAC)配制纺丝液，在伤口表面快速制备抗菌织物。如图3c-f所示，通过无需设备的MAG纺丝，可在伤口表面快速生成柔软透气贴肤的纤维杀菌织物。因此， MAG纺丝技术对于功能纤维的随时随地制备（无设备即时加工技术）具有重要意义，而且对聚合物加工技术的发展也具有参考指导意义。

图3. MAG纺丝作为一种可扩展的、无需设备的和原位纤维制造的即时纺丝技术的演示

  原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.2c03297