本發(fā)明涉及一種絲素蛋白纖維規(guī)模化生產的全自動脫膠裝備及其使用方法，屬于生物醫(yī)用材料裝備及制備技術領域。

背景技術：

中國是蠶絲生產大國，生絲年產量約占世界總產量的70-80％。真絲編織縫合線應用臨床已有上百年歷史，產生了巨大的經(jīng)濟效益和良好的社會效益。隨著蠶絲分子生物學的發(fā)展和先進技術手段的進步，絲素蛋白被越來越多地應用于生物醫(yī)用材料領域。除了上述的手術縫合線，還有人工血管、人工皮膚、傷口敷料、組織工程支架和藥物緩釋載體等。應用的形式也日益豐富，包括編織紗線、機織管道、針織網(wǎng)、三維多孔材料、水凝膠、納米纖維和微球等。

絲素蛋白在醫(yī)學領域的應用主要有兩種形態(tài)，絲素蛋白纖維和再生絲素蛋白。絲素蛋白纖維，即脫除絲膠后的天然蠶絲，通過紡織的手段可再加工成編織縫合線、針織補片及機織人工血管等。再生絲素蛋白，是指絲素蛋白纖維經(jīng)過溶解、透析和干燥而獲得的絲素蛋白。通過不同的加工手段可再加工為不同的形式，具備不同的用途。比如，再溶解后制備成水凝膠用作敷料、再溶解后冷凍干燥制備成三維多孔材料用作組織工程支架或人工皮膚等。

由此可見，無論是獲得絲素蛋白纖維還是制備再生絲素蛋白，脫膠都是工藝流程中極其重要的環(huán)節(jié)。脫膠溫度、脫膠時間、浴比等參數(shù)對絲素蛋白纖維的脫膠率及力學性能、對再生絲素蛋白的分子量及其分布均有顯著影響。但是，目前文獻報道的脫膠工藝多樣、參數(shù)不一，所制備的絲素蛋白纖維及再生絲素蛋白結構與性能多樣、穩(wěn)定性與可比性較差。這就極大地制約了再生絲素蛋白生物材料更深入的研發(fā)和更廣泛的推廣應用。而且，一般脫膠過程中的環(huán)節(jié)較多、簡單重復、耗時很長、效率低下。因此，本發(fā)明針對上述存在的關鍵問題，提出一種絲素蛋白纖維規(guī)?；a的全自動脫膠裝備及其使用方法，擬解決該問題。經(jīng)檢索，目前尚無理想的關于絲素蛋白纖維規(guī)?；a的全自動脫膠裝備見諸報道。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的問題是提供一種絲素蛋白纖維規(guī)?；a的全自動脫膠裝備及其使用方法。本發(fā)明可實現(xiàn)絲素蛋白纖維的規(guī)?；白詣踊a，實現(xiàn)蠶絲脫膠參數(shù)的精確控制，實現(xiàn)物理、化學脫膠方法的有機融合，綠色環(huán)保、節(jié)能減排，極大地提高工作效率，節(jié)省人力、物力和時間。本裝備體積小，結構緊湊，操作簡便。特別適用于精確控制蠶絲的脫膠率和規(guī)模化生產絲素蛋白纖維。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是：

一種絲素蛋白纖維規(guī)?；a的全自動脫膠裝備，其特征在于，包括外殼以及設于外殼上的外殼蓋，外殼內設有盛水桶，盛水桶內設有脫膠筒，脫膠筒的側壁上分布有通孔，脫膠筒內設有絲架，絲架固定于脫膠筒底部，絲架與脫膠筒設于同一轉軸上，所述的外殼內還設有能夠驅動所述的轉軸并進而帶動絲架與脫膠筒一同轉動的傳動系統(tǒng)、用于將水和助劑輸入到盛水桶內的水和助劑輸入系統(tǒng)、用于將盛水桶內的液體排出的排水系統(tǒng)、用于在脫膠和/或清洗過程中進行加熱的加熱系統(tǒng)、用于在脫膠過程中進行超聲處理的超聲系統(tǒng)。

優(yōu)選地，所述的傳動系統(tǒng)包括設于外殼內盛水桶下方的電機、皮帶和離合器，電機連接皮帶，皮帶連接離合器，離合器連接轉軸，電機能夠經(jīng)由皮帶和離合器的傳動來驅動所述的轉軸；所述的加熱系統(tǒng)包括無線溫度感應器和加熱組件，無線溫度感應器位于脫膠筒內底部，所述的加熱組件包括環(huán)形支架以及設于環(huán)形支架上的至少1個加熱器，加熱器位于盛水筒的周圍；所述的超聲系統(tǒng)包括超聲波換能器，超聲波換能器位于盛水筒外底部；所述的水和助劑輸入系統(tǒng)包括進水管以及設于進水管上的用于定量控制進水量的流量控制閥和用于定量地添加助劑至脫膠筒中的脫膠助劑喂入裝置，進水管與脫膠筒連通。

更優(yōu)選地，所述的加熱器共有8根，為棒狀紅外線加熱器，均勻分布在盛水筒的周圍。

更優(yōu)選地，所述的超聲波換能器的超聲波頻率范圍為20-100KHz，功率范圍為300-1800W，4-12顆超聲波換能器均勻地分布在盛水筒外底部。

更優(yōu)選地，所述的進水管位于脫膠筒的后上部，排水系統(tǒng)位于脫膠筒的后下部。

更優(yōu)選地，所述的流量控制閥能夠定量地控制進水量，范圍為1-100L，精度為10mL，所述的脫膠助劑喂入裝置能夠定量地控制進助劑量，范圍為0.5-200g，精度為0.1g。

優(yōu)選地，所述的盛水桶上設有盛水桶蓋，盛水桶蓋設于外殼內，脫膠筒上設有內蓋，內蓋設于盛水桶內。

優(yōu)選地，所述的脫膠筒為圓筒狀，材料為醫(yī)用不銹鋼、ABS或HDPE，容量范圍10-100L。

優(yōu)選地，所述的絲架固定于脫膠筒底部，絲架與脫膠筒固定連接，絲架中心軸線與脫膠筒中心軸線重合，轉軸頂端與脫膠筒頂端等高。

優(yōu)選地，所述的外殼蓋上設有能夠控制傳動系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、超聲系統(tǒng)、水和助劑輸入系統(tǒng)以及排水系統(tǒng)的控制面板。

本發(fā)明還提供了上述的絲素蛋白纖維規(guī)?；a的全自動脫膠裝備的使用方法，其特征在于，具體步驟包括：

步驟1：依次打開外殼蓋、盛水桶蓋和內蓋，將生絲絞絲安裝至絲架上或將繭絲直接投入脫膠筒中；

步驟2：依次合上內蓋、盛水桶蓋和外殼蓋，打開電源，通過控制面板設置脫膠參數(shù)，循環(huán)進行脫膠程序和清洗程序至少一次；

步驟3：依次打開外殼蓋、盛水桶蓋和內蓋，將絲素蛋白纖維取出，脫膠完成。

優(yōu)選地，所述的脫膠程序包括：利用水和助劑輸入系統(tǒng)向盛水桶中定量進水、加助劑，開始脫膠，利用傳動系統(tǒng)帶動絲架與脫膠筒一同轉動，利用加熱系統(tǒng)將盛水桶中的水和助劑的混合物以及其中的生絲或繭絲加熱到脫膠溫度，脫膠過程中，超聲系統(tǒng)同時對生絲或繭絲進行超聲處理，脫膠結束后，排水系統(tǒng)將盛水桶中的液體排出，利用傳動系統(tǒng)帶動絲架與脫膠筒一同轉動進行脫水；所述的清洗程序包括：利用水和助劑輸入系統(tǒng)向盛水桶中定量進水，利用加熱系統(tǒng)將盛水桶中的水以及其中的絲素蛋白纖維加熱到清洗溫度，利用傳動系統(tǒng)帶動絲架與脫膠筒一同轉動進行漂洗，排水系統(tǒng)將盛水桶中的液體排出，利用傳動系統(tǒng)帶動絲架與脫膠筒一同轉動進行脫水。

優(yōu)選地，所述的脫膠參數(shù)包括進水量、進助劑量、脫膠溫度及時間、超聲波頻率及時間、清洗溫度及時間、脫水轉速及時間、以及循環(huán)數(shù)中的至少一種。

更優(yōu)選地，所述的脫膠溫度范圍為25℃-100℃，脫膠時間范圍為10-60分鐘，所述的超聲波時間范圍為10-60分鐘，所述的清洗溫度范圍為25℃-100℃，清洗時間范圍為10-60分鐘，所述的脫水轉速范圍為100-1500rpm，脫水時間范圍為1-20分鐘，所述的循環(huán)數(shù)范圍為1-10。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明實現(xiàn)了蠶絲脫膠工藝中物理和化學脫膠方法的有機融合，包括機械力、熱能、化學能、紅外線、超聲波等；

(2)本發(fā)明實現(xiàn)了絲素蛋白纖維生產的規(guī)?；?、自動化；

(3)本發(fā)明實現(xiàn)了蠶絲脫膠工藝中各參數(shù)的精確控制；

(4)本發(fā)明提供的裝備綠色環(huán)保、節(jié)能減排，極大地提高了工作效率，節(jié)省了人力、物力和時間。

(5)本發(fā)明提供的裝備體積小、結構緊湊、操作簡便，特別適用于精確控制蠶絲的脫膠率和規(guī)模化生產絲素蛋白纖維。

(6)本發(fā)明提供的裝備不僅可以為絞絲進行脫膠獲得有序的絲素蛋白纖維，還可以為繭絲進行脫膠。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所述的全自動脫膠裝備結構示意圖；

圖2是本發(fā)明所述的全自動脫膠裝備工藝流程圖；

圖3是本發(fā)明所述的全自動脫膠裝備典型工藝圖；

圖4是本發(fā)明所述的絲架結構示意圖；

圖5是本發(fā)明所述的加熱組件結構示意圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內容之后，本領域技術人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。

實施例1

如圖1所示，本實施例的絲素蛋白纖維規(guī)?；a的全自動脫膠裝備包括外殼14以及設于外殼14上的外殼蓋15，外殼14內設有盛水桶4和盛水桶蓋5，盛水桶蓋5與盛水桶4相配套，盛水桶4上設有盛水桶蓋5，盛水桶4內設有脫膠筒1和內蓋2，脫膠筒1和內蓋2相配套，脫膠筒1上設有內蓋2，脫膠筒1的側壁上分布有通孔，脫膠筒1內設有如圖4所示的用于固定蠶絲的絲架3，絲架3固定于脫膠筒1底部，絲架3與脫膠筒1設于同一轉軸上，所述的外殼14內還設有能夠驅動所述的轉軸并進而帶動絲架3與脫膠筒1一同轉動的傳動系統(tǒng)、用于將水和助劑輸入到盛水桶4內的水和助劑輸入系統(tǒng)、用于將盛水桶4內的液體排出的排水系統(tǒng)18、用于在脫膠和/或清洗過程中進行加熱的加熱系統(tǒng)、以及用于在脫膠過程中進行超聲處理的超聲系統(tǒng)。所述的外殼蓋15上設有能夠控制傳動系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、超聲系統(tǒng)、水和助劑輸入系統(tǒng)以及排水系統(tǒng)的控制面板16。

所述的傳動系統(tǒng)包括設于外殼14內盛水桶4下方的電機9、皮帶10和離合器11，電機9連接皮帶10，皮帶10連接離合器11，離合器11連接轉軸，電機9能夠經(jīng)由皮帶10和離合器11的傳動來驅動所述的轉軸。

所述的加熱系統(tǒng)包括無線溫度感應器6和如圖5所示的加熱組件，無線溫度感應器6位于脫膠筒1內底部，所述的加熱組件包括環(huán)形支架以及設于環(huán)形支架上的加熱器7，所述的加熱器7共有8根，為棒狀紅外線加熱器，均勻分布在盛水筒4的周圍。

所述的超聲系統(tǒng)包括超聲波換能器8，超聲波換能器8位于盛水筒4外底部。所述的超聲波換能器8的超聲波頻率范圍為20-100KHz，功率范圍為300-1800W，8顆超聲波換能器8均勻地分布在盛水筒4外底部。

所述的水和助劑輸入系統(tǒng)包括進水管17以及設于進水管17上的用于定量控制進水量的流量控制閥12和用于定量地添加助劑至脫膠筒1中的脫膠助劑喂入裝置13，進水管17與脫膠筒1連通。所述的進水管17位于脫膠筒1的后上部，排水系統(tǒng)18位于脫膠筒1的后下部。

所述的流量控制閥12能夠定量地控制進水量，范圍為1-100L，精度為10mL，所述的脫膠助劑喂入裝置13能夠定量地控制進助劑量，范圍為0.5-200g，精度為0.1g。

所述的脫膠筒1為圓筒狀，材料為醫(yī)用不銹鋼、ABS或HDPE，容量范圍10-100L。

所述的絲架3固定于脫膠筒1底部，絲架3與脫膠筒1固定連接，絲架3中心軸線與脫膠筒1中心軸線重合，轉軸頂端與脫膠筒1頂端等高。

所述的控制面板16內置微電腦芯片(型號為W79E227)，其輸入端連接無線溫度感應器6，用于實時感測脫膠和清洗溫度，以控制加熱器7加熱與否，輸出端連接流量控制閥12、脫膠助劑喂入裝置13、加熱器7、電機9以及超聲波換能器8，用于分別對進水量，進助劑量，脫膠溫度及清洗溫度，脫膠、清洗、脫水時間及脫水轉速，以及超聲波頻率及時間進行控制?？刂泼姘?6能夠控制傳動系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、超聲系統(tǒng)、水和助劑輸入系統(tǒng)以及排水系統(tǒng)18的開啟和關閉，進而控制脫膠和清洗的循環(huán)數(shù)。

實施例2

使用實施例1中的絲素蛋白纖維規(guī)模化生產的全自動脫膠裝備，對1Kg生絲進行脫膠，具體步驟如下：

步驟1：依次打開外殼蓋15、盛水桶蓋5和內蓋2，將1Kg生絲絞絲安裝至絲架3上；

步驟2：依次合上內蓋2、盛水桶蓋5和外殼蓋15，打開電源，通過控制面板16設置脫膠參數(shù)，包括：進水量為30L(浴比為1g：30mL)，進助劑(Na₂HCO₃)量為15g，脫膠溫度為90℃，脫膠時間為30分鐘，超聲波頻率為20KHz、時間為30分鐘，清洗溫度為90、時間為30分鐘，脫水轉速為1000rpm、每次脫水時間為5分鐘，循環(huán)數(shù)為1，如圖3所示?？刂泼姘?6控制各系統(tǒng)按上述脫膠參數(shù)循環(huán)進行脫膠程序和清洗程序一次，如圖2所示，所述的脫膠程序包括：利用水和助劑輸入系統(tǒng)向盛水桶4中定量進水、加助劑，開始脫膠，利用傳動系統(tǒng)帶動絲架3與脫膠筒1一同轉動，利用加熱系統(tǒng)將盛水桶4中的水和助劑的混合物以及其中的生絲加熱到脫膠溫度，脫膠過程中，超聲系統(tǒng)同時對生絲進行超聲處理，脫膠結束后，排水系統(tǒng)18將盛水桶4中的液體排出，利用傳動系統(tǒng)帶動絲架3與脫膠筒1一同轉動進行脫水；所述的清洗程序包括：利用水和助劑輸入系統(tǒng)向盛水桶4中定量進水，利用加熱系統(tǒng)將盛水桶4中的水以及其中的絲素蛋白纖維加熱到清洗溫度，利用傳動系統(tǒng)帶動絲架3與脫膠簡1一同轉動進行漂洗，排水系統(tǒng)18將盛水桶4中的液體排出，利用傳動系統(tǒng)帶動絲架3與脫膠筒1一同轉動進行脫水。

步驟3：依次打開外殼蓋15、盛水桶蓋5和內蓋2，將絲素蛋白纖維取出，脫膠完成，脫膠率100％，用時65分鐘，節(jié)省時間6-8小時，節(jié)省人力1人。

實施例3

使用實施例1中的絲素蛋白纖維規(guī)?；a的全自動脫膠裝備，對2Kg生絲進行脫膠，具體步驟如下：

步驟1：依次打開外殼蓋15、盛水桶蓋5和內蓋2，將2Kg生絲絞絲安裝至絲架3上；

步驟2：依次合上內蓋2、盛水桶蓋5和外殼蓋15，打開電源，通過控制面板16設置脫膠參數(shù)，包括：進水量為30L(浴比為1g：15mL)，進助劑(Na₂HCO₃)量為30g，脫膠溫度為80℃，脫膠時間為30分鐘，超聲波頻率為28KHz、時間為30分鐘，清洗溫度為80℃、時間為30分鐘，脫水轉速為1000rpm、每次脫水時間為5分鐘，循環(huán)數(shù)為2?？刂泼姘?6控制各系統(tǒng)按上述脫膠參數(shù)循環(huán)進行脫膠程序和清洗程序2次，如圖2所示，所述的脫膠程序包括：利用水和助劑輸入系統(tǒng)向盛水桶4中定量進水、加助劑，開始脫膠，利用傳動系統(tǒng)帶動絲架3與脫膠筒1一同轉動，利用加熱系統(tǒng)將盛水桶4中的水和助劑的混合物以及其中的生絲加熱到脫膠溫度，脫膠過程中，超聲系統(tǒng)同時對生絲進行超聲處理，脫膠結束后，排水系統(tǒng)18將盛水桶4中的液體排出，利用傳動系統(tǒng)帶動絲架3與脫膠筒1一同轉動進行脫水；所述的清洗程序包括：利用水和助劑輸入系統(tǒng)向盛水桶4中定量進水，利用加熱系統(tǒng)將盛水桶4中的水以及其中的絲素蛋白纖維加熱到清洗溫度，利用傳動系統(tǒng)帶動絲架3與脫膠筒1一同轉動進行漂洗，排水系統(tǒng)18將盛水桶4中的液體排出，利用傳動系統(tǒng)帶動絲架3與脫膠筒1一同轉動進行脫水。

步驟3：依次打開外殼蓋15、盛水桶蓋5和內蓋2，將絲素蛋白纖維取出，脫膠完成，脫膠率100％，用時130分鐘。節(jié)省時間20余小時。節(jié)省人力2人。

實施例4

使用實施例1中的絲素蛋白纖維規(guī)?；a的全自動脫膠裝備，對3Kg生絲進行脫膠，具體步驟如下：

步驟1：依次打開外殼蓋15、盛水桶蓋5和內蓋2，將3Kg生絲絞絲安裝至絲架3上；

步驟2：依次合上內蓋2、盛水桶蓋5和外殼蓋15，打開電源，通過控制面板16設置脫膠參數(shù)，包括：進水量為30L(浴比為1g：10mL)，進助劑(Na₂HCO₃)量為150g，脫膠溫度為70℃，脫膠時間為30分鐘，超聲波頻率為40KHz、時間為30分鐘，清洗溫度為70℃、時間為30分鐘，脫水轉速為1000rpm、每次脫水時間為5分鐘，循環(huán)數(shù)為3?？刂泼姘?6控制各系統(tǒng)按上述脫膠參數(shù)循環(huán)進行脫膠程序和清洗程序3次，如圖2所示，所述的脫膠程序包括：利用水和助劑輸入系統(tǒng)向盛水桶4中定量進水、加助劑，開始脫膠，利用傳動系統(tǒng)帶動絲架3與脫膠筒1一同轉動，利用加熱系統(tǒng)將盛水桶4中的水和助劑的混合物以及其中的生絲加熱到脫膠溫度，脫膠過程中，超聲系統(tǒng)同時對生絲進行超聲處理，脫膠結束后，排水系統(tǒng)18將盛水桶4中的液體排出，利用傳動系統(tǒng)帶動絲架3與脫膠筒1一同轉動進行脫水；所述的清洗程序包括：利用水和助劑輸入系統(tǒng)向盛水桶4中定量進水，利用加熱系統(tǒng)將盛水桶4中的水以及其中的絲素蛋白纖維加熱到清洗溫度，利用傳動系統(tǒng)帶動絲架3與脫膠筒1一同轉動進行漂洗，排水系統(tǒng)18將盛水桶4中的液體排出，利用傳動系統(tǒng)帶動絲架3與脫膠筒1一同轉動進行脫水。

步驟3：依次打開外殼蓋15、盛水桶蓋5和內蓋2，將絲素蛋白纖維取出，脫膠完成，將脫膠且已甩干的絲素蛋白纖維取出，關閉電源，脫膠完成，脫膠率100％，用時195分鐘。節(jié)省時間30余小時。節(jié)省人力3人。

實施例5

使用實施例1中的絲素蛋白纖維規(guī)?；a的全自動脫膠裝備，對4Kg繭絲進行脫膠，具體步驟如下：

步驟1：依次打開外殼蓋15、盛水桶蓋5和內蓋2，將4Kg繭絲直接投入脫膠筒1中；

步驟2：依次合上內蓋2、盛水桶蓋5和外殼蓋15，打開電源，通過控制面板16設置脫膠參數(shù)，包括：進水量為40L(浴比為1g：10mL)，進助劑(Na₂HCO₃)量為200g，脫膠溫度為90℃，脫膠時間為30分鐘，超聲波頻率為40KHz、時間為30分鐘，清洗溫度為90℃、時間為30分鐘，脫水轉速為1000rpm、每次脫水時間為5分鐘，循環(huán)數(shù)為2?？刂泼姘?6控制各系統(tǒng)按上述脫膠參數(shù)循環(huán)進行脫膠程序和清洗程序2次，如圖2所示，所述的脫膠程序包括：利用水和助劑輸入系統(tǒng)向盛水桶4中定量進水、加助劑，開始脫膠，利用傳動系統(tǒng)帶動絲架3與脫膠筒1一同轉動，利用加熱系統(tǒng)將盛水桶4中的水和助劑的混合物以及其中的繭絲加熱到脫膠溫度，脫膠過程中，超聲系統(tǒng)同時對繭絲進行超聲處理，脫膠結束后，排水系統(tǒng)18將盛水桶4中的液體排出，利用傳動系統(tǒng)帶動絲架3與脫膠筒1一同轉動進行脫水；所述的清洗程序包括：利用水和助劑輸入系統(tǒng)向盛水桶4中定量進水，利用加熱系統(tǒng)將盛水桶4中的水以及其中的絲素蛋白纖維加熱到清洗溫度，利用傳動系統(tǒng)帶動絲架3與脫膠筒1一同轉動進行漂洗，排水系統(tǒng)18將盛水桶4中的液體排出，利用傳動系統(tǒng)帶動絲架3與脫膠筒1一同轉動進行脫水。

步驟3：依次打開外殼蓋15、盛水桶蓋5和內蓋2，將絲素蛋白纖維取出，脫膠完成，脫膠率100％，用時130分鐘。節(jié)省時間30余小時。節(jié)省人力3人。