多功能同轴复合纤维、其制备方法及应用与流程

1.本发明涉及纤维材料科学技术领域，尤其涉及一种多功能同轴复合纤维、其制备方法及应用。


背景技术：

2.纤维作为人类日常生活中重要的基本必需品之一，可以通过缠绕、编织、打结或粘合在一起来制造功能性纺织品。随着社会的发展，纤维不再局限于编织成织物提供保暖作用，智能纤维在人类的日常生活中正发挥着越来越重要的作用。特别地，在一根细小的纤维中集成先进的协同作用对智能纤维的发展提出了更高的要求。制备智能纤维的材料多种多样，包括但不限于无机非金属材料、金属材料和合成聚合物。智能纤维为人工肌肉、传感器、加热器、摩擦纳米发电机、热调节纺织品、电子皮肤和可植入式装置等应用提供了轻质和灵活的解决方案。
3.纤维制备技术的进步为开发具有复杂传感和驱动能力的功能性纺织品提供了新的机会，使其在一系列应用中具有高度吸引力。ma等人开发了一种基于双轴纱线包裹结构的纤维湿度传感器，其被编织在3m口罩上可以实时监测人类的呼吸，这有助于评估人类在日常生活中的健康状况。最近，nam等人将一种人工肌肉纤维植入小鼠的大腿，首次完成了人工肌肉纤维替代天然肌肉组织的功能验证，这为植入式医学和治疗肌肉萎缩等方面提供了很好的应用前景。然而，这些功能作用单一的纤维缺乏智能性，限制了它们在一些复杂场景中的应用。对于智能纤维的多功能集成，ning等人通过使用填充有液态金属电极的空心硅橡胶纤维，开发了一种具有自供电压力感应和调节人体皮肤周围微环境温度的双模式功能的智能纤维，该纤维在实时热调节和个人运动监测方面显示了巨大的应用前景。marriam等人开发了了一种涂有电活性炭黑的导电纤维，它具有储能和挥发性有机化合物监测功能。尽管开发多功能智能纤维方向取得了不错的进展，但值得注意的是纤维各种功能之间仍缺乏先进的协同应用。
4.具体的，尽管其它智能纤维在同一根纤维上实现了多种功能，但是各功能之间缺乏紧密的协同作用；多功能性智能纤维在批量制备上仍然存在很大的挑战；感知、驱动和反馈的三种功能同时集成在同一根的纤维上的设计目前鲜有报道，多数以各个功能单元分开设计为主，不适用一些小型化和智能化的应用场景。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种多功能同轴复合纤维、其制备方法及应用。
6.为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
7.第一方面，本发明提供多功能同轴复合纤维，其包括同轴设置的纤维芯以及鞘层；
8.所述纤维芯包括亲水性聚合物与明胶以及二氧化硅纳米颗粒的复合物；
9.所述鞘层包括亲水性聚合物与非金属导电材料以及金属纳米线的复合物。
10.第二方面，本发明还提供一种多功能同轴复合纤维的制备方法，其包括：
11.提供第一纺丝液以及第二纺丝液，所述第一纺丝液中分散有亲水性聚合物、明胶以及二氧化硅纳米颗粒，所述第二纺丝液中分散有亲水性聚合物、非金属导电材料以及金属纳米线；
12.使所述第一纺丝液经第一纺丝通道进入凝固浴、第二纺丝液通过第二纺丝通道进入凝固浴，获得前体同轴纤维，其中所述第二纺丝通道环绕所述第一纺丝通道同轴设置；
13.对所述前体同轴纤维进行干燥处理，获得多功能同轴复合纤维。
14.第三方面，本发明还提供上述多功能同轴复合纤维在制备医用产品中的应用，所述医用产品至少具有监测伤口变化、促进伤口愈合和热理疗中的至少一种功能；
15.进一步地，作为促进伤口愈合的应用，所述医用产品通过检测所述多功能同轴复合纤维的电阻变化，获取伤口的渗出液变化情况；
16.更进一步地，当所述医用产品检测到所述多功能同轴复合纤维的电阻变化超过预设阈值时，对所述多功能同轴复合纤维施加电流，以促进所述多功能同轴复合纤维吸附的渗出液脱附并使所述多功能同轴复合纤维收缩；
17.更进一步地，当所述多功能同轴复合纤维收缩时，所述医用产品继续通过监测电阻变化来监测所述多功能同轴复合纤维的收缩情况。
18.第四方面，本发明还提供一种伤口愈合敷料，包括上述多功能同轴复合纤维；
19.进一步地，所述多功能同轴复合纤维两端设置有电极。
20.第五方面，本发明还提供了上述多功能同轴复合纤维的使用方法，其包括：调整所述多功能同轴复合纤维的含水量，以使所述多功能同轴复合纤维的至少一个物理性质发生改变，所述物理性质包括长度、直径和电阻中的一种或多种；
21.进一步地，具体包括：向所述多功能同轴复合纤维内通入电流，以通过电热效应调整所述多功能同轴复合纤维的含水量。
22.第六方面，本发明还提供一种创伤监测和治疗用设备，其包括：
23.上述多功能同轴复合纤维，用于设置在伤口处且两端分别与伤口两侧的皮肤固定连接；
24.监测模块，与所述多功能同轴复合纤维电连接，至少用于监测所述多功能同轴复合纤维的电阻；
25.控制模块，与所述监测模块电连接，并至少用于依据所述监测模块输出的监测信号而调整输入所述多功能同轴复合纤维的电流大小，从而调整所述多功能同轴复合纤维的含水量，进而至少改变所述多功能同轴复合纤维的长度；
26.进一步地，还包括报警模块，其与所述监测模块和/或控制模块连接，并用于在所述监测模块监测到所述多功能同轴复合纤维的电阻达到设定阈值时发出报警信息。
27.基于上述技术方案，与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括：
28.本发明所提供的多功能同轴复合纤维具有电热效应、湿度感知和自传感驱动的多功能协同的同轴复合纤维，一体化的制备方法节约成本，而且可以实现批量化制备。
29.并且，同轴纤维各功能之间并不是独立的作用叠加，而是各功能之间协同起作用。电热功能和驱动功能可以协同作用，具有吸水性并具有湿度-尺寸响应性，同时电热功能辅助水分子快速脱附，提高驱动响应速率。湿度感知功能和电热辅助驱动功能协同作用，同轴
纤维监测伤口湿度变化，感知伤口渗出液，然后可以通过各种方式发出提醒并且可以快速调节伤口的收缩状态。
30.本发明所提供的多功能同轴复合纤维的应用方向明确，可在伤口愈合与监测方向提供应用，能够取得非常优异的伤口监测和促进愈合的效果。
31.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使本领域技术人员能够更清楚地了解本技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合详细附图说明如后。
附图说明
32.图1是本发明一典型实施案例提供的多功能同轴复合纤维的制备过程示意图；
33.图2a是本发明一典型实施案例提供的多功能同轴复合纤维的低倍率表面形貌电镜照片；
34.图2b是本发明一典型实施案例提供的多功能同轴复合纤维的高倍率表面形貌电镜照片；
35.图2c是本发明一典型实施案例提供的多功能同轴复合纤维的吸附水状态变化照片；
36.图2d是本发明一典型实施案例提供的多功能同轴复合纤维的低倍率径向截面形貌电镜照片；
37.图2e是本发明一典型实施案例提供的多功能同轴复合纤维的高倍率径向截面形貌电镜照片；
38.图2f是本发明一典型实施案例提供的多功能同轴复合纤维的径向截面元素分布测试图；
39.图2g是本发明一典型实施案例提供的多功能同轴复合纤维的径向截面元素分布map图；
40.图3是本发明一典型实施案例提供的多功能同轴复合纤维的电热辅助快速驱动性能测试图；
41.图4a是本发明一典型实施案例提供的多功能同轴复合纤维的湿度感知功能测试图；
42.图4b是本发明一典型实施案例提供的多功能同轴复合纤维的自传感性能测试图；
43.图5a是本发明一典型实施案例提供的伤口愈合敷料的伤口愈合作用示意图；
44.图5b是本发明一典型实施案例提供的伤口愈合敷料的伤口监测方式示例图；
45.图5c是本发明一典型实施案例提供的伤口愈合敷料的伤口愈合过程照片；
46.图5d是本发明一典型实施案例提供的伤口愈合敷料的伤口愈合过程细节照片。
具体实施方式
47.鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
48.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具
体实施例的限制。
49.而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件或方法步骤区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件或方法步骤之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
50.本发明实施例提供一种多功能同轴复合纤维，其包括同轴设置的纤维芯以及鞘层；所述纤维芯包括亲水性聚合物与明胶以及二氧化硅纳米颗粒的复合物；所述鞘层包括亲水性聚合物与非金属导电材料以及金属纳米线的复合物。
51.其中关于纤维芯与鞘层的亲水性聚合物的选择，需要指出，虽然两个部位的名称均为亲水性聚合物，但这是代表了一类化合物，并非由于同样的名称而限定不同部位的亲水性聚合物的具体材料选择是完全一致的，例如在纤维芯中可选为海藻酸钠，在鞘层中可选为壳聚糖。而关于亲水性聚合物的分子信息，例如其分子量，选择液相纺丝法中常见的材料选择和参数即可。
52.关于具体的复合物结构，在纤维芯中，亲水性聚合物例如海藻酸钠和明胶分子链构成双网络结构，该双网络结构锁定纳米二氧化硅颗粒(可以理解为二氧化硅纳米颗粒嵌于双网络结构的间隙中)；非金属导电材料例如mxene或碳基导电材料和金属纳米线属于线和片层组成的三维导电网络，而亲水性聚合物均匀的分散在导电网络周围中可以使导电材料不容易沉降而且可以作为与凝固浴交联的物质将导电材料锁定在纤维表面。由此，鞘层可以感知湿度变化，也可以作为加热层加速水分子的快速脱附使纤维完成快速驱动过程，可以根据施加电压的不同调控纤维的收缩速率。
53.且需要注意的是，本发明中，需要将非金属导电材料以及金属纳米线进行组合协同复合，单纯的采用一种非金属导电材料或者单纯的只有金属纳米线是不能够取得良好的技术效果的，会影响同轴纤维多方面的性能，具体如下文所示例。
54.在一些实施方案中，所述亲水性聚合物包括海藻酸钠、壳聚糖、纤维素中的任意一种或两种以上的组合。
55.在一些实施方案中，所述非金属导电材料包括mxene、石墨烯、碳纳米管中的任意一种或两种以上的组合。
56.在一些实施方案中，所述金属纳米线包括铜纳米线、银纳米线、金纳米线中的任意一种或两种以上的组合。
57.在一些实施方案中，所述金属纳米线的长度可以为6-22μm，直径可以为20-120nm。
58.在一些实施方案中，所述纤维芯中亲水性聚合物、明胶和二氧化硅纳米颗粒的质量比为3-7∶3-7∶0.5-2.5。
59.在一些实施方案中，所述鞘层中亲水性聚合物、非金属导电材料和金属纳米线的质量比为8-12∶1-3∶4-6。
60.在一些实施方案中，所述纤维芯的直径为100-400μm。
61.在一些实施方案中，所述鞘层的厚度为10-50μm。
62.作为上述技术方案的一些典型的应用示例，多功能同轴复合纤维的芯例如可以由生物聚合物基材料组成，包括海藻酸钠、明胶和二氧化硅纳米颗粒；鞘层则由导电基材料组成，例如包括mxene、银纳米线和海藻酸钠。
63.在一些实施方案中，所述多功能同轴复合纤维能够吸附水；所述多功能同轴复合
纤维的至少一个物理性质随所述多功能同轴复合纤维的含水量改变，所述物理性质包括长度、直径和电阻中的一种或多种；所述多功能同轴复合纤维的含水量在所述多功能同轴复合纤维被通入电流后改变，所述电流用以使所述多功能同轴复合纤维产生电热效应；以及，所述多功能同轴复合纤维的电阻随所述多功能同轴复合纤维的长度和直径中的任一者改变。也就是说，当所述多功能同轴复合纤维中的含水量出现改变时，所述多功能同轴复合纤维的长度和/或直径以及电阻均发生改变；并且，当所述多功能同轴复合纤维被施加电流时，所述电流能够加速所述多功能同轴复合纤维中的水的脱附以及所述多功能同轴复合纤维的收缩。
64.如图1所示，本发明实施例还提供了一种多功能同轴复合纤维的制备方法，其包括如下的步骤：
65.提供第一纺丝液以及第二纺丝液，所述第一纺丝液中分散有亲水性聚合物、明胶以及二氧化硅纳米颗粒，所述第二纺丝液中分散有亲水性聚合物、非金属导电材料以及金属纳米线。
66.使所述第一纺丝液经第一纺丝通道进入凝固浴、第二纺丝液通过第二纺丝通道进入凝固浴，获得前体同轴纤维，其中所述第二纺丝通道环绕所述第一纺丝通道同轴设置。
67.对所述前体同轴纤维进行干燥处理，获得多功能同轴复合纤维。
68.在一些实施方案中，所述制备方法还包括：
69.对所述前体同轴纤维进行干燥处理后，将干燥后的纤维与所述非金属导电材料的分散液接触后再次干燥，最终获得所述多功能同轴复合纤维。
70.在一些实施方案中，所述分散液中非金属导电材料的质量分数为1-3％。
71.在一些实施方案中，所述第一纺丝液中亲水性聚合物的质量分数为1.5-3.5％，明胶的质量分数为1.5-3.5％，二氧化硅纳米颗粒的质量分数为0.25-1.25％。
72.在一些实施方案中，所述第二纺丝液中亲水性聚合物的质量分数为0.4-0.6％，非金属导电材料的质量分数为1-3％，金属纳米线的质量分数为4-6％。
73.在一些实施方案中，所述第一纺丝液的配制方法为：
74.先将所述明胶溶解于60℃以上的水中获得明胶溶液，待降温至15-35℃时再将所述亲水性聚合物以及二氧化硅纳米颗粒溶解至所述明胶溶液中。
75.作为上述技术方案的一些典型的应用示例，例如可以通过湿法纺丝的方法制备多功能协同作用的多功能同轴复合纤维，具体制备步骤如图1所示：
76.步骤1：配制5wt％的氯化钙水溶液凝固浴。芯的纺丝液配制过程中先将2.5wt％的明胶颗粒溶于60℃温水中，等溶液降到室温后将2.5wt％的海藻酸钠和1wt％的二氧化硅纳米颗粒溶于其中，然后通过机械搅拌形成均匀的纺丝液，最后通过长时间的超声去除纺丝液中的气泡。鞘层纺丝液由20mg/ml的mxene、5mg/ml的银纳米线和0.5wt％的海藻酸钠组成，纺丝液用机械搅拌形成均匀溶液。
77.步骤2：通过将纺丝溶液注入氯化钙凝固浴中，以恒定的挤压速度获得同轴纤维。同轴针头内针型号为25g，外针型号为18g。湿法纺丝制备的纤维在空气中干燥后，用20mg/mg的mxene溶液浸润并再次干燥，以避免纤维表面的银纳米线因暴露在空气中而被氧化。最后，同轴纤维被保存在黑暗和氩气环境中。
78.当然，若采用不会被氧化的金属纳米线，亦可不进行上述重新浸润干燥的步骤，且
不必要保存在黑暗和保护性气氛中。
79.由此，在本发明中通过同轴湿法纺丝方法开发了一种多功能同轴复合纤维，具体例如一种海藻酸钠/明胶@mxene/银纳米线复合纤维，实现了多种传感和驱动功能的多重作用。其中的生物基聚合物纤维芯具有湿度响应形变功能，而导电的鞘层可以实现了电热、湿度感知和自传感驱动功能。值得注意的是，上述电热功能促进了水分子的快速解吸，从而提高了溶胀的纤维恢复到原始长度的效率，能够通过对电流的控制来调控纤维的解吸以及收缩速率；自传感功能可以实时反馈同轴纤维的工作位置状态，由于优异的多功能协同作用，这种同轴纤维展示了在热理疗和伤口愈合/监测功能一体化方面的应用潜力。
80.一些现有技术虽然也公开了一种纤维具有多重功能的技术方案，然而，本发明与该现有技术在原理上存在显著差异性，主要体现在本发明利用鞘层的导电特性，以及纤维的吸湿特性，实现了湿度响应以及基于湿度(含水量)的运动感知以及电热驱动效果，并得以实现伤口监测的优势应用；而现有技术中的电容感知以及利用膨胀系数差异驱动的方式与本发明则具有本质不同，也无法实现伤口监测的应用功能。
81.本发明实施例还提供了上述任一实施方式所提供的多功能同轴复合纤维在制备伤口愈合敷料和/或促进伤口愈合中的应用。
82.在一些实施方案中，通过检测所述多功能同轴复合纤维的电阻变化，获取伤口的渗出液变化情况。
83.在一些实施方案中，进一步可以当检测到所述多功能同轴复合纤维的电阻变化超过预设阈值时，对所述多功能同轴复合纤维施加电流，以促进所述多功能同轴复合纤维吸附的渗出液脱附并使所述多功能同轴复合纤维收缩。
84.在一些实施方案中，更进一步可以当所述多功能同轴复合纤维收缩时，继续通过监测电阻变化来监测所述多功能同轴复合纤维的收缩情况。
85.对应的，本发明实施例还提供了一种伤口愈合敷料，其包括上述任一实施方式所提供的多功能同轴复合纤维。
86.在一些实施方案中，所述多功能同轴复合纤维两端设置有电极，所述电极至少用于监测所述多功能同轴复合纤维的电阻变化和/或对所述多功能同轴复合纤维施加电流。
87.当然，本领域技术人员基于上述思路，完全能够适应性地基于现有的电子学和控制学常识来构建相应的监测、通电以及报警电路和设备，在此不再赘述。
88.总结而言，本发明所提供的多功能同轴复合纤维的电热功能可以促进了水分子的快速解吸，从而提高了溶胀的纤维恢复到原始长度的效率；湿度感知功能和电热辅助驱动功能协同作用，使得同轴纤维可以监测伤口湿度变化，然后可以根据后端电路设计的提醒以快速调节伤口的收缩状态；同轴纤维响应湿度变化伸长时具有自传感性能，同轴纤维的相对电阻随纤维变形而发生变化，利用这一现象在驱动过程中不需要距离传感器就可以时刻追踪到纤维的长度变化。
89.以下通过若干实施例并结合附图进一步详细说明本发明的技术方案。然而，所选的实施例仅用于说明本发明，而不限制本发明的范围。
90.实施例1
91.本实施例是一多功能同轴复合纤维的制备过程，具体如下所示：
92.步骤1：配制5wt％的氯化钙水溶液凝固浴；用于制备纤维芯的第一纺丝液配制过
程中先将2.5wt％的明胶颗粒溶于60℃温水中，等溶液降到室温(通常为15-35℃之间，最优为25℃)后将2.5wt％的海藻酸钠和1wt％的二氧化硅纳米颗粒溶于其中，然后通过机械搅拌形成均匀的第一纺丝液，最后通过长时间的超声去除纺丝液中的气泡。形成鞘层的第二纺丝液由20mg/ml的mxene、5mg/ml的银纳米线和0.5wt％的海藻酸钠组成，纺丝液用机械搅拌形成均匀分散液。
93.步骤2：通过将纺丝溶液注入氯化钙凝固浴中，以恒定的挤压速度获得同轴纤维。同轴针头内针型号为25g，外针型号为18g。湿法纺丝制备的纤维在空气中干燥后，用20mg/mg的mxene溶液浸润并再次干燥，以避免纤维表面的银纳米线因暴露在空气中而被氧化。最后，同轴纤维被保存在黑暗和氩气环境中。
94.图2a是本实施例所制备的多功能同轴纤维的表面形貌图，其直径约为200μm能够看到表面的鞘层。图2b是该多功能同轴纤维的表面形貌放大图，从图中可以看出来mxene非常均匀的包裹在纤维表层。图2c是该多功能同轴纤维在水中可逆地溶胀前后的光学图片，溶胀后纤维增加到约300μm。图2d-图2e是该多功能同轴纤维的截面图，从图中可以非常清楚的看出纤维的同轴结构，结合图2f-图2g的鞘层和芯轴的元素分布测试，发现在mapping分析下元素分布非常清晰，ti元素和ag元素分布在鞘层，na元素和si元素分布在芯轴。
95.图3是该多功能同轴纤维的电热辅助快速驱动性能图，可以看出，该多功能同轴纤维对湿度敏感，可以吸附水分子通过溶胀作用实现伸长，水分子脱附后该多功能同轴纤维可以恢复原始形状。值得注意的是，该多功能同轴纤维的电热功能可以促进了水分子的快速解吸，从而提高了溶胀的纤维恢复到原始长度的效率。例如，不同电压下同轴纤维脱附水分子所用的时间不同，2.5v电压下同轴纤维需要约590s才能完全脱附水分子，而10v电压下同轴纤维仅需约15s便可以完成水分子的快速脱附。
96.图4a是该多功能同轴纤维的湿度感知性能，在一个密闭的环境内随着相对湿度从15％增加95％，同轴纤维的相对电阻发生了约3500％的变化；而当相对湿度从95％降低到15％时，该多功能同轴纤维的相对电阻变化恢复到原始状态。同轴纤维的湿度感知性能是稳定的，三个循环可以看出，相对电阻变化随湿度变化的曲线是一致的。图4b是该多功能同轴纤维响应湿度变化伸长时的自传感性能，同轴纤维的相对电阻随纤维变形而发生变化，利用这一现象在驱动过程中不需要距离传感器就可以时刻追踪到纤维的长度变化。
97.实施例2
98.本实施例示例一伤口愈合敷料的制备及应用过程，具体如下所示：
99.采用实施例1所提供的多功能同轴复合纤维编织成伤口愈合敷料，可以与其他材质混合编织形成完整的敷料，但本实施例为了便于展示，全部以纵向排列的形式形成了伤口愈合敷料。
100.沿着多功能同轴复合纤维的长度方向，伤口愈合敷料的两侧涂有粘贴在皮肤上的胶粘剂，并且其中的多功能同轴复合纤维的两端形成电极，并可以检测两端电极的电阻或通过该电极施加电流。
101.基于出色的驱动、湿度感知功能和电热功能，该多功能同轴纤维在热理疗和伤口监测/愈合方面呈现出良好的应用前景，其应用例如图5a所示。
102.该多功能同轴纤维的湿度感知功能可以监测伤口的血液或组织液渗出。在监测伤口出血的应用验证中，将同轴纤维放在模拟伤口的潮湿环境中，用胎牛血清模拟伤口渗出
的血液。当胎牛血清滴在该多功能同轴纤维上时，该多功能同轴纤维的相对电阻变化从稳定状态瞬间增加，然后达到设定的阈值以激活警报，如图5b所示。通过这个过程，可以监测到伤口的意外出血状况，以提醒人们及时治疗，并且最关键的是，可以一体化地采用下述方法通过电流来闭合伤口。
103.具体例如，该多功能同轴纤维可以迅速吸收胎牛血清，然后随着水分子的解吸而产生较大的水分适应性收缩力，这使它成为一种潜在的用于伤口愈合的生物医学材料。施加适当的电压可以加速水分子的解吸，并提供一个合适的温度以防止伤口感染。不同的电压可以精确控制纤维的收缩率，实现对不同伤口的精确调节。为了验证同轴纤维促进伤口愈合的特性，图5c和b建立了一个生物模型，用琼脂水凝胶来模拟受伤的人类皮肤。同轴纤维被固定在两个分离的琼脂凝胶的两端，分离的琼脂凝胶有一个1mm宽的间隙。当施加5v电压时，同轴纤维促使两个分离的凝胶在90s内闭合，这代表了伤口愈合的促进过程，而在具体实际应用中，可以实时检测电阻来反映组织液的渗出，自动地进行通电，不必更换敷料或进行其他的医务处理即可物理闭合伤口，这相比于传统的监测和更换敷料或缝合止血等处理手段，在响应速度以及减小对伤口的二次伤害方面均具有显著优势。
104.实施例3
105.本实施例同样示例一多功能同轴复合纤维的制备过程，与实施例1大体相同，区别主要在于：
106.将海藻酸钠替换为壳聚糖，将mxene替换为石墨烯，将银纳米线替换为相同尺寸的金纳米线。
107.所制得的多功能同轴复合纤维同样具有湿度感应、电热驱动、水分吸附以及运动感应的多重功能集成效果。
108.实施例4
109.本实施例同样示例一多功能同轴复合纤维的制备过程，与实施例1大体相同，区别主要在于：
110.将海藻酸钠替换为纤维素(分子量30000-80000)，将mxene替换为碳纳米管，将银纳米线替换为相同尺寸的铜纳米线。
111.所制得的多功能同轴复合纤维同样具有湿度感应、电热驱动、水分吸附以及运动感应的多重功能集成效果。
112.实施例5
113.本实施例同样示例一多功能同轴复合纤维的制备过程，与实施例1大体相同，区别主要在于：
114.第一纺丝液中，明胶的质量分数调整为1.5wt％，海藻酸钠的质量分数调整为3.5wt％，二氧化硅纳米颗粒的质量分数调整为0.75wt％。
115.第二纺丝液中，海藻酸钠的质量分数调整为0.4wt％，mxene的质量分数调整为1wt％，银纳米线的质量分数调整为4wt％。
116.所制得的多功能同轴复合纤维同样具有湿度感应、电热驱动、水分吸附以及运动感应的多重功能集成效果。
117.实施例6
118.本实施例同样示例一多功能同轴复合纤维的制备过程，与实施例1大体相同，区别
主要在于：
119.第一纺丝液中，明胶的质量分数调整为3.5wt％，海藻酸钠的质量分数调整为1.5wt％，二氧化硅纳米颗粒的质量分数调整为1.25wt％。
120.第二纺丝液中，海藻酸钠的质量分数调整为0.6wt％，mxene的质量分数调整为3wt％，银纳米线的质量分数调整为6wt％。
121.所制得的多功能同轴复合纤维同样具有湿度感应、电热驱动、水分吸附以及运动感应的多重功能集成效果。
122.对比例1
123.本对比例与实施例1大体相同，区别主要在于：
124.第二纺丝液中只添加银纳米线，不添加mxene，采用单一的导电物质。
125.结果是，同轴复合纤维的脆性增加，电导率下降，湿度响应电阻变化灵敏度和精度出现非常明显的下降，湿度响应驱动量亦下注下降，这使得其应用于制备伤口敷料时，完全无法实现充分的感知组织液渗出并发出报警以及加速收缩的技术效果。
126.对比例2
127.本对比例与实施例1大体相同，区别主要在于：
128.只添加mxene，不添加银纳米线，采用单一的导电物质。
129.结果是，同轴复合纤维的柔性增加，相应的纤维湿度响应收缩力下降明显，电导率下降，湿度响应电阻变化灵敏度和精度下降，这使得其应用于制备伤口敷料时，依然完全无法实现充分的感知组织液渗出并发出报警以及加速收缩的技术效果。
130.对比例3
131.本对比例与实施例1大体相同，区别主要在于：
132.不采用同轴制备的方式，而是先液相纺丝形成纤维芯，然后在纤维芯上涂覆包含mxene银纳米线和海藻酸钠的第二纺丝液作为涂覆浆料，烘干后形成鞘层。
133.涂覆的方式在表面形成的鞘层均匀性不够，鞘层与纤维芯的结合性也不足，这会导致纤维电导率受到影响，而且厚度不能精确控制，最终使得其制备的伤口愈合敷料的收缩性能仍旧不佳，无法加速伤口的物理闭合，并且这种方式增加了制备过程的繁琐性，难以实现大规模批量化制备。
134.基于上述实施例以及对比例，可以明确，本发明实施例所提供的多功能同轴复合纤维具有电热效应、湿度感知和自传感驱动的多功能协同的同轴复合纤维，一体化的制备方法节约成本，而且可以实现批量化制备。
135.并且，同轴纤维各功能之间并不是独立的作用叠加，而是各功能之间协同起作用。电热功能和驱动功能可以协同作用，具有吸水性并具有湿度-尺寸响应性，同时电热功能辅助水分子快速脱附，提高驱动响应速率。湿度感知功能和电热辅助驱动功能协同作用，同轴纤维监测伤口湿度变化，感知伤口渗出液，然后可以通过各种方式发出提醒并且可以快速调节伤口的收缩状态。
136.本发明实施例所提供的多功能同轴复合纤维的应用方向明确，可在伤口愈合与监测方向提供应用，能够取得非常优异的伤口监测和促进愈合的效果。
137.应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡
根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种多功能同轴复合纤维，其特征在于，包括同轴设置的纤维芯以及鞘层；所述纤维芯包括亲水性聚合物与明胶以及二氧化硅纳米颗粒的复合物；所述鞘层包括亲水性聚合物与非金属导电材料以及金属纳米线的复合物。2.根据权利要求1所述的多功能同轴复合纤维，其特征在于，所述亲水性聚合物包括海藻酸钠、壳聚糖、纤维素中的任意一种或两种以上的组合；和/或，所述非金属导电材料包括mxene、石墨烯、碳纳米管中的任意一种或两种以上的组合；和/或，所述金属纳米线包括铜纳米线、银纳米线、金纳米线中的任意一种或两种以上的组合；优选的，所述金属纳米线的长度为6-22μm，直径为20-120nm。3.根据权利要求1所述的多功能同轴复合纤维，其特征在于，所述纤维芯中亲水性聚合物、明胶和二氧化硅纳米颗粒的质量比为3-7∶3-7∶0.5-2.5；和/或，所述鞘层中亲水性聚合物、非金属导电材料和金属纳米线的质量比为8-12∶1-3∶4-6；和/或，所述纤维芯的直径为100-400μm；和/或，所述鞘层的厚度为10-50μm。4.根据权利要求1所述的多功能同轴复合纤维，其特征在于，所述多功能同轴复合纤维能够吸附水；所述多功能同轴复合纤维的至少一个物理性质随所述多功能同轴复合纤维的含水量改变，所述物理性质包括长度、直径和电阻中的一种或多种；所述多功能同轴复合纤维的含水量在所述多功能同轴复合纤维被通入电流后改变，所述电流用以使所述多功能同轴复合纤维产生电热效应；以及，所述多功能同轴复合纤维的电阻随所述多功能同轴复合纤维的长度和直径中的任一者改变。5.一种多功能同轴复合纤维的制备方法，其特征在于，包括：提供第一纺丝液以及第二纺丝液，所述第一纺丝液中分散有亲水性聚合物、明胶以及二氧化硅纳米颗粒，所述第二纺丝液中分散有亲水性聚合物、非金属导电材料以及金属纳米线；使所述第一纺丝液经第一纺丝通道进入凝固浴、第二纺丝液通过第二纺丝通道进入凝固浴，获得前体同轴纤维，其中所述第二纺丝通道环绕所述第一纺丝通道同轴设置；对所述前体同轴纤维进行干燥处理，获得多功能同轴复合纤维。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，还包括：对所述前体同轴纤维进行干燥处理后，将干燥后的纤维与所述非金属导电材料的分散液接触后再次干燥，最终获得所述多功能同轴复合纤维；优选的，所述分散液中非金属导电材料的质量分数为1-3％。7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述第一纺丝液中亲水性聚合物的质量分数为1.5-3.5％，明胶的质量分数为1.5-3.5％，二氧化硅纳米颗粒的质量分数为0.25-1.25％；和/或，所述第二纺丝液中亲水性聚合物的质量分数为0.4-0.6％，非金属导电材料的
质量分数为1-3％，金属纳米线的质量分数为4-6％；优选的，所述凝固浴为质量分数3-5％的氯化钙溶液；优选的，所述第一纺丝液的配制方法包括：先将所述明胶溶解于60℃以上的水中获得明胶溶液，待降温至15-35℃时再将所述亲水性聚合物以及二氧化硅纳米颗粒溶解至所述明胶溶液中。8.权利要求1-4中任意一项所述的多功能同轴复合纤维的使用方法，其特征在于，包括：调整所述多功能同轴复合纤维的含水量，以使所述多功能同轴复合纤维的至少一个物理性质发生改变，所述物理性质包括长度、直径和电阻中的一种或多种；优选的，具体包括：向所述多功能同轴复合纤维内通入电流，以通过电热效应调整所述多功能同轴复合纤维的含水量。9.权利要求1-4中任意一项所述的多功能同轴复合纤维在制备医用产品中的应用，所述医用产品至少具有监测伤口变化、促进伤口愈合和热理疗中的至少一种功能；优选的，所述医用产品通过检测所述多功能同轴复合纤维的电阻变化，获取伤口的渗出液变化情况；优选的，当所述医用产品检测到所述多功能同轴复合纤维的电阻变化超过预设阈值时，对所述多功能同轴复合纤维施加电流，以促进所述多功能同轴复合纤维吸附的渗出液脱附并使所述多功能同轴复合纤维收缩；优选的，当所述多功能同轴复合纤维收缩时，所述医用产品继续通过监测电阻变化来监测所述多功能同轴复合纤维的收缩情况。10.一种创伤监测和治疗用设备，其特征在于，包括：权利要求1-4中任意一项所述的多功能同轴复合纤维，用于设置在伤口处且两端分别与伤口两侧的皮肤固定连接；监测模块，与所述多功能同轴复合纤维电连接，至少用于监测所述多功能同轴复合纤维的电阻；控制模块，与所述监测模块电连接，并至少用于依据所述监测模块输出的监测信号而调整输入所述多功能同轴复合纤维的电流大小，从而调整所述多功能同轴复合纤维的含水量，进而至少改变所述多功能同轴复合纤维的长度；优选的，还包括报警模块，其与所述监测模块和/或控制模块连接，并用于在所述监测模块监测到所述多功能同轴复合纤维的电阻达到设定阈值时发出报警信息。

技术总结
本发明公开了一种多功能同轴复合纤维、其制备方法及应用。所述多功能同轴复合纤维包括同轴设置的纤维芯、鞘层；纤维芯包括亲水性聚合物与明胶以及二氧化硅纳米颗粒的复合物；鞘层包括亲水性聚合物与非金属导电材料以及金属纳米线的复合物。本发明所提供的多功能同轴复合纤维具有电热效应、湿度感知和自传感驱动的多重功能，该同轴纤维具有吸水性并具有湿度-尺寸响应性，电热功能辅助水分子快速脱附，提高驱动响应速率，加速纤维的收缩，以实现伤口的快速物理闭合；能够监测伤口湿度变化，感知伤口渗出液，提醒并快速调节伤口的收缩状态，可在伤口愈合与监测方向提供应用，能够取得非常优异的伤口监测和促进愈合的效果。得非常优异的伤口监测和促进愈合的效果。得非常优异的伤口监测和促进愈合的效果。


技术研发人员：邸江涛 董立忠 任明 袁晓杰 吕卫帮 刘美男 张永毅 勇振中
受保护的技术使用者：江西省纳米技术研究院
技术研发日：2023.07.07
技术公布日：2023/10/15