本发明涉及生物材料技术领域，尤其涉及一种微流控纺丝装置、直线型核壳结构导电纤维及其制备方法和应用。
背景技术：
近年来，导电水凝胶已被广泛应用在包括压力传感器、温度传感器、超级电容器、软体机器人等各种方面，被认为是用于柔性电子系统的最有前途的材料。如今，各种导电元素已与水凝胶结合在一起，并表现出出色的导电性能和机械性能。在这些导电元素中，mxene，作为2011年新发现的一种二维早期过渡金属碳化物/碳氮化物，由于其出色的导电和导热性能以及优异的亲水特性，已经被广泛地与二维材料甚至是三维材料进行组装，并运用到各类生物医学工程领域。然而，由于mxene固有的二维结构，将mxenes与一维水凝胶纤维组装仍然面临着巨大的挑战。而且，目前的制备方法大多过于简单粗暴，无法对形貌进行精确控制，导致最终得到的导电材料的导电性能存在欠缺。
微流控纺丝作为一种制备一维纤维的常见技术，其可以精确操控微尺度流体，且具有装置体积小、液体流动可控、易于操控等优点。通过调整微流控纺丝技术的微通道装置，可以可控地制备各种形状、结构的功能性纤维载体，尤其是核壳结构的功能性纤维载体，还可以实现不同性质的化学、生物样品的封装，已经在生物医学工程领域得到广泛的应用。但是，采用微流控纺丝技术生成的mxene导电核壳结构纤维在柔性导电系统领域的应用仍值得进一步的探索和开发，尤其是在光热-电阻响应上的应用价值。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有对于mxene与纤维的组装和微流控纺丝制备柔性导电元件研究的缺乏，提供了一种基于微流控纺丝技术，制备具有良好导电性和光热收缩性能的直线型核壳结构导电纤维的方法及制备的直线型核壳结构导电纤维在柔性电子系统中的应用。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：一种微流控纺丝装置，包括内相毛细管、中间相毛细管、观察毛细管、外相毛细管、内相进液装置、中间相进液装置和外相进液装置，中间相毛细管同轴套接于内相毛细管后部，外相毛细管同轴套接于中间相毛细管后部，观察毛细管位于中间相毛细管和外相毛细管接口处，内相毛细管与内相进液装置相连，形成内相流体流通管道，中间相毛细管与中间相进液装置相连，形成中间相流体流通管道，外相毛细管与外相进液装置相连，形成外相流体流通管道。
进一步地，所述内相进液装置、中间相进液装置和外相进液装置结构相同，均包括注射泵和注射器连接针头，注射泵通过导管与注射器连接针头接通，所述内相进液装置、中间相进液装置和外相进液装置的注射器连接针头通过导管分别与内相毛细管、中间相进液装置和外相进液装置连通，内相流体、中间相流体和外相流体的流向相同。
进一步地，所述内相毛细管、中间相毛细管、观察毛细管和外相毛细管均为玻璃毛细管，且内相毛细管内径为中间相毛细管内径的1/3～1/2，中间相毛细管内径为外相毛细管内径的1/4～3/4，内相毛细管、中间相毛细管、观察毛细管和外相毛细管的各接口处均用透明环氧树脂进行密封。
进一步地，所述内相毛细管流出端口为尖锥形，内相毛细管的内径为100～200μm；中间相毛细管的流出端口为尖锥形，中间相毛细管的内径为250～350μm；外相毛细管的流出端口为圆形，外相毛细管的内径为800μm；观察毛细管为方形毛细管。
本发明还提供了一种直线型核壳结构导电纤维的制备方法，采用上述微流控纺丝装置制备，包括以下步骤：
s1、组装微流控纺丝装置：将内相毛细管同轴组装到中间相毛细管中，中间相毛细管同轴组装到外相毛细管中，观察毛细管套接于中间相毛细管和外相毛细管接口处，其中内相毛细管的内径为100～200μm，中间相毛细管的内径为250～350μm，外相毛细管的内径为800μm；然后将内相毛细管与内相进液装置相连，形成内相流体流通管道，所述中间相毛细管与中间相进液装置相连，形成中间相流体流通管道，所述外相毛细管与外相进液装置相连，形成外相流体流通管道；
s2、配制内相兼具导电性和光热响应性水溶液，中间相收缩性水凝胶溶液和外相固化溶液，分别导入到步骤s1组装的微流控纺丝装置中，所有流体同向流动；
s3、调整各相流体的流速，最终固化后形成直线型核壳结构导电纤维。
所述内相兼具导电性和光热响应性水溶液选用mxene水溶液，所述中间相收缩性水凝胶溶液选用掺有n-异丙基丙烯酰胺（nipam）水凝胶的海藻酸钠（na-alg）水溶液，所述外相固化溶液选用氯化钙（cacl2）水溶液。
步骤s2中，所述中间相收缩性水凝胶溶液和内相兼具导电性和光热响应性水溶液按先后顺序分别导入中间相毛细管和内相毛细管中，得到呈层流状态的核壳结构纤维前体，再通过将外相固化溶液导入外相毛细管中，以固化核壳结构纤维前体，从而保持导电纤维的核壳结构；通过调节各相流体流速，以实现对直线型核壳结构导电纤维的核壳比调节，其中，各相流速调节范围为：调节内相流体流速为0.1～0.5ml/h，中间相流体流速为1.5～2.5ml/h，外相流体流速为8～16ml/h，直线型核壳结构导电纤维的壁厚在100～300μm区间内改变，进而实现对直线型核壳结构导电纤维的导电性、光热响应性、收缩性能的调控。
一种直线型核壳结构导电纤维，采用上述制备方法制得。
进一步地，所述直线型核壳结构导电纤维的直径为200～400μm。
直线型核壳结构导电纤维在光热响应性柔性电子系统中的应用，所述直线型核壳结构导电纤维在近红外光照射下纤维温度发生相应变化，带动纤维收缩以调节其电学性能。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明提供了一种微流控纺丝装置以及采用该装置制备直线型核壳结构导电纤维的方法，该微流控纺丝装置通道简单、成本低廉、组装和操作方便，且通过对内相、中间相、外相流体流速调节，即可实现对直线型核壳结构导电纤维形貌的精确调控；制备得到的直线型核壳结构导电纤维以mxene水溶液作为核层，鞘层是生物相容性较好的收缩性的掺有nipam的藻酸盐水凝胶材料，在保证良好核壳结构的同时，被赋予了卓越的导电性能和光热收缩性能，实用性强，可以应用到需要光热响应的一系列柔性电子产品上。
附图说明
图1为本发明的毛细管微流控纺丝装置结构示意图；
图2为本发明实施例1的直线型核壳结构导电纤维的实例图；
图3为本发明实施例2的直线型核壳结构导电纤维形貌调控曲线图；
图4为本发明实施例3的直线型核壳结构导电纤维电学性能曲线图；
图5为本发明实施例4的直线型核壳结构导电纤维光热收缩性能实物图；
图6为本发明实施例4的直线型核壳结构导电纤维在光-温度方面的光热响应应用图；
图7为本发明实施例4的直线型核壳结构导电纤维在光-电方面的光热响应应用图。
其中的附图标记为：内相毛细管1、中间相毛细管2、观察毛细管3、外相毛细管4、内相进液装置5、中间相进液装置6、外相进液装置7。
具体实施方式
为了使本领域技术领域人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。
下述实施例中所使用的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所用的试剂、方法和设备，如无特殊说明，均为本技术领域常规试剂、方法和设备。
如图1所示，本发明的一种微流控纺丝装置，包括内相毛细管1、中间相毛细管2、观察毛细管3、外相毛细管4、内相进液装置5、中间相进液装置6和外相进液装置7，内相毛细管1、中间相毛细管2、观察毛细管3、外相毛细管4均为玻璃毛细管，内相毛细管1流出端口为尖锥形，内相毛细管1内径为中间相毛细管2内径的1/3～1/2，中间相毛细管2的流出端口为尖锥形，中间相毛细管2同轴套接于内相毛细管1后部，中间相毛细管2内径为外相毛细管4内径的1/4～3/4，外相毛细管4的流出端口为圆形，外相毛细管4同轴套接于中间相毛细管2后部，观察毛细管3为方形毛细管，位于中间相毛细管2和外相毛细管4接口处，内相毛细管1、中间相毛细管2、观察毛细管3和外相毛细管4的各接口处均用透明环氧树脂进行密封，内相毛细管1与内相进液装置5相连，形成内相流体流通管道，中间相毛细管2与中间相进液装置6相连，形成中间相流体流通管道，外相毛细管4与外相进液装置7相连，形成外相流体流通管道。
其中，内相进液装置5、中间相进液装置6和外相进液装置7结构相同，均包括注射泵和注射器连接针头，注射泵通过导管与注射器连接针头接通，内相进液装置5、中间相进液装置6和外相进液装置7的注射器连接针头通过导管分别与内相毛细管1、中间相进液装置6和外相进液装置7连通，内相流体、中间相流体和外相流体的流向相同；
优化地，内相毛细管1的内径为100～200μm；中间相毛细管2的内径为250～350μm；外相毛细管4的内径为800μm。
实施例1
一种直线型核壳结构mxene导电纤维，包括如下步骤：
s1、组装微流控纺丝装置：参阅图1，将内径分别为100μm、250μm、800μm的内相毛细管1、中间相毛细管2和外相毛细管4同轴组装到观察毛细管3中，在必要处（内相毛细管1与中间相毛细管2接口处、中间相毛细管2与观察毛细管3接口处、外相毛细管4与观察毛细管3接口处）使用透明环氧树脂封装；然后将内相毛细管1与内相进液装置5相连，形成内相流体流通管道，中间相毛细管2与中间相进液装置6相连，形成中间相流体流通管道，外相毛细管4与外相进液装置7相连，形成外相流体流通管道；
s2、配置内相兼具导电性和光热响应性水溶液为5mg/ml的mxenes水溶液、中间相收缩性水凝胶溶液为10：1的1.5wt%na-alg水溶液：10wt%nipam水溶液、外相固化收集溶液为2wt
