仿生纺丝微量精准输送解决方案|纺丝计量泵

在离子交换过程中，预计凝胶中的磷酸盐浓度会降低，而避免凝胶干燥则是最关键的挑战。因此，我们为未来的应用选择了能够更好地控制磷酸盐浓度和/或扩散单元内 pH 梯度的缓冲溶液。为了使离子交换从缓冲液扩散到纺丝溶液中，必须在扩散装置中插入一个半渗透的圆柱形 "纺丝管道"。

为此，Thomapor R！Biospectra 半透膜中空纤维从 Reichelt Chemietechnik 购买，这种纤维由再生纤维素制成，通常成束用于质量传输，例如在透析过程中。

此外，该装置还采用了市售的 PEEKTM 管（通常用于色谱应用）适配器，从而可以使用商用泵系统在泵和扩散装置之间进行流体输送。商用纺丝计量泵能够精确设置流速，从而控制纺丝过程中的流动条件，极大地改进了当前的工艺流程。

纺丝计量泵是批量系统商用泵送系统中的代表，尤其是那些涉及少量样品和低流速的系统。在本研究中，大部分纺丝实验都使用了哈佛 33 注射泵与 1 毫升注射器组合而成的装置，这样就可以使用有限量的 (AQ)24NR3 溶液（最小 0.1 毫升）和极低的流速（最小 10 微升/分钟-1）。然而，对于连续工艺，注射泵系统并不适合，而HNPM彗诺微型环形齿轮泵的特点是无脉动运行，同时可覆盖广泛的粘度范围（高达 50 Pa s），似乎是一种更有前途的系统。因此，使用彗诺HNPM微型环形齿轮泵纺丝计量泵mzr-2905 和 mzr-4605，这两纺丝计量泵可实现极低的流速（~0.012 mlmin-1）和较小的体积（~2 µl）。此外，基本的定制旋转芯棒被用于强制制丝的定制旋转芯棒所取代（见第 2.6.4 节）。

从浓缩蚕丝溶液中手工抽丝的简便性使其成为验证蚕丝溶液可纺性的有用工具。因此，一般在生物仿真纺丝实验之前使用这种方法，只有能成功手拉成纤维的溶液才用于生物仿真纺丝。图c显示了本研究中使用的两种生物仿真纺丝装置的 CAD 图像：

a）使用哈佛 33 注射泵进行小体积（AQ）24NR3 纺丝的装置；

b）使用 mzr-4605纺丝计量泵进行大体积纺丝的装置。此外，该图还显示了由彗诺HNPM微量纺丝计量泵mzr-4605、定制的扩散装置和旋转心轴装置组成的示例纺丝装置的照片。

下图为本研究中使用的仿生物纺丝装置的 CAD 图像，a) 哈佛 33Syringe 泵用于小体积 (AQ)24NR3 氧化铝，b) HNPM微量纺丝计量泵 (AQ)24NR3 氧化铝；c) 完整的仿生物纺丝装置概览，包括HNPM纺丝计量泵mzr-4605泵、旋转芯轴及其控制单元。

为了在纺丝过程中实现相关的传质过程，对现有扩散装置的概念进行了重新设计，用于连续仿生纺丝过程，并在工作过程中对其进行了改进。使用带有 1 毫升注射器的注射泵系统 (Harvard 33) 可以以极低的速率实现对少量 (AQ)24NR3 溶液的精确流量控制。为了将来在连续纺丝工艺中的应用，还测试并成功安装了HNPM彗诺高精度微型纺丝计量泵 (mzr-4605)，该泵配备了一个用于连续加工的可再充装样品槽。