DOI:10.3390/molecules25235540
技術和醫療應用中使用的過濾系統要求用于微粒深層過濾的組件兼具高效性和透氣性。在高效過濾中，基于小纖維直徑的非織造網（例如，使用納米纖維）顯示出更高的性能，可用作細顆粒過濾層。經證實，通過靜電紡絲蜘蛛絲蛋白制成的納米纖維非織造網具有所需的過濾性能。但是，針式靜電紡絲技術在生產率和可擴展性方面受到限制。相比之下，離心靜電紡絲能夠以高效和可拓展的方式制備出超薄的聚合物非織造網。在此，使用離心靜電紡絲技術可以連續卷對卷地生產由重組蜘蛛絲蛋白制成的非織造網。所制備的蜘蛛絲納米纖維網對2.5μm（PM2.5）以下的細小顆粒物顯示出較高的過濾效率和較低的壓降，因此具有出色的過濾性能。
圖1.非織造纖維直徑取決于工藝參數。（a）由溶液紡出的離心電紡蜘蛛絲非織造網的SEM圖像，其不同濃度以％（w/v）表示。（b）在不同蛋白質濃度，（c）體積流量，（d）電壓和（e）旋轉速度下制備的蜘蛛絲非織造網的纖維直徑分布。對于每個實驗組，測試了250個獨立樣本（n=250）。進一步的紡絲參數為（a，b）Q=8mL/min，U=90kV，ω=10krpm；（c）c=2％（w/v），U=90kV，ω=10krpm；（d）c=2％（w/v），Q=2mL/min，ω=10krpm；（e）c=2％（w/v），Q=2mL/min，U=70kV。在所有測量中，收集器電勢均為-5kV。
圖2.紡絲方法對所制備的蜘蛛絲纖維β-片含量的影響。（a）針式靜電紡絲（ES）和離心靜電紡絲（CES）蜘蛛絲纖維網在初紡和乙醇蒸氣處理（后處理）后的明場圖像和雙折射圖像的比較。初紡CES纖維即使不進行后處理仍具有雙折射特性。歸一化FTIR光譜比較，包括初紡和經乙醇蒸氣后處理的針式電紡（b）和離心電紡（c）絲蛋白纖維網的反卷積。（d）使用FTIR分析針式電紡（ES）和離心電紡（CES）絲蛋白纖維網在處理前后的二級結構元素。
圖3.以卷對卷工藝連續生產蜘蛛絲納米纖維網。（a）安裝在離心靜電紡絲設備上的聚酰胺支架（1）和卷繞單元（4）的模型和（b）照片。聚酰胺（PA）支架由連接到卷繞軸（4）的步進電機牽引穿過紡絲室并越過收集器（3），此處是噴絲頭（2）涂覆納米纖維的地方。
圖4.蜘蛛絲非織造網作為過濾材料的表征。（a）纖維直徑分布表明，過濾器中的大多數絲纖維是納米纖維（即，直徑<100nm）；測試了250個獨立樣本（n=250）。（b）聚酰胺（PA）支架，蜘蛛絲覆蓋PA支架和商用三層灰塵過濾器的過濾效率和（c）空氣阻力比較。對于每個實驗組，測試了10個獨立樣本（n=10）。（d）與商業過濾器相比，含蜘蛛絲過濾裝置的品質因數。（e）使用0.2μm顆粒測定未覆蓋的聚酰胺支架，蜘蛛絲（SS）覆蓋PA支架和商用過濾器的過濾特點。（f）在過濾之前，蜘蛛絲覆蓋PA支架用作顆粒過濾器的SEM圖像。
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