DOI:10.3390/molecules25235540

技术和医疗应用中使用的过滤系统要求用于微粒深层过滤的组件兼具高效性和透气性。在高效过滤中，基于小纤维直径的非织造网（例如，使用纳米纤维）显示出更高的性能，可用作细颗粒过滤层。经证实，通过静电纺丝蜘蛛丝蛋白制成的纳米纤维非织造网具有所需的过滤性能。但是，针式静电纺丝技术在生产率和可扩展性方面受到限制。相比之下，离心静电纺丝能够以高效和可拓展的方式制备出超薄的聚合物非织造网。在此，使用离心静电纺丝技术可以连续卷对卷地生产由重组蜘蛛丝蛋白制成的非织造网。所制备的蜘蛛丝纳米纤维网对2.5µm（PM2.5）以下的细小颗粒物显示出较高的过滤效率和较低的压降，因此具有出色的过滤性能。

图1.非织造纤维直径取决于工艺参数。（a）由溶液纺出的离心电纺蜘蛛丝非织造网的SEM图像，其不同浓度以％（w/v）表示。（b）在不同蛋白质浓度，（c）体积流量，（d）电压和（e）旋转速度下制备的蜘蛛丝非织造网的纤维直径分布。对于每个实验组，测试了250个独立样本（n=250）。进一步的纺丝参数为（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。在所有测量中，收集器电势均为-5kV。

图2.纺丝方法对所制备的蜘蛛丝纤维β-片含量的影响。（a）针式静电纺丝（ES）和离心静电纺丝（CES）蜘蛛丝纤维网在初纺和乙醇蒸气处理（后处理）后的明场图像和双折射图像的比较。初纺CES纤维即使不进行后处理仍具有双折射特性。归一化FTIR光谱比较，包括初纺和经乙醇蒸气后处理的针式电纺（b）和离心电纺（c）丝蛋白纤维网的反卷积。（d）使用FTIR分析针式电纺（ES）和离心电纺（CES）丝蛋白纤维网在处理前后的二级结构元素。

图3.以卷对卷工艺连续生产蜘蛛丝纳米纤维网。（a）安装在离心静电纺丝设备上的聚酰胺支架（1）和卷绕单元（4）的模型和（b）照片。聚酰胺（PA）支架由连接到卷绕轴（4）的步进电机牵引穿过纺丝室并越过收集器（3），此处是喷丝头（2）涂覆纳米纤维的地方。

图4.蜘蛛丝非织造网作为过滤材料的表征。（a）纤维直径分布表明，过滤器中的大多数丝纤维是纳米纤维（即，直径<100nm）；测试了250个独立样本（n=250）。（b）聚酰胺（PA）支架，蜘蛛丝覆盖PA支架和商用三层灰尘过滤器的过滤效率和（c）空气阻力比较。对于每个实验组，测试了10个独立样本（n=10）。（d）与商业过滤器相比，含蜘蛛丝过滤装置的品质因数。（e）使用0.2µm颗粒测定未覆盖的聚酰胺支架，蜘蛛丝（SS）覆盖PA支架和商用过滤器的过滤特点。（f）在过滤之前，蜘蛛丝覆盖PA支架用作颗粒过滤器的SEM图像。