蛋白质类水溶液喷涂设备的制作方法

本发明涉及生物医用材料加工制备领域，具体涉及一种蛋白质类水溶液喷涂设备。

背景技术：

丝素蛋白提取自蚕丝或者蛛丝，来源广泛，加工便捷多样，产品机械力学性能、生物相容性、生物可降解性优秀。由于丝素蛋白受温度、湿度、应力、浓度影响容易变性的特点，涂层的制作方法较为受限。现有技术中常用的制作丝素蛋白膜层的方法有溶胶-凝胶法、旋涂法、涂覆-蒸发法等等。

由于丝素蛋白的易变性特点，基本所有的丝素蛋白涂层的镀膜方式都偏向于简单的将丝素蛋白水溶液涂覆于试样表面。然而，这些方法却不可避免地存在着诸多缺点：(1)首先由于采用涂覆、浇铸、浸泡等方式，膜层不容易精准控制厚度，且该方法所得膜层易开裂、脱落；(2)若采用垂直提拉方式浸涂，由于受重力和液体表面张力的影响，很难做到涂层的均匀覆盖；(3)由于涂层原料为液体，直接接触试样表面，难以做到较为细腻的质感，同时较为依靠液体的黏性留存于试样表面，在针对非常规平面试样的镀膜过程中，这些缺点会进一步的放大；(4)涂层溶液本身易受温度和湿度影响，在使用或保存过程中易产生凝胶现象，降低了制备效率；(5)在涂层的成形阶段，喷涂上的丝素蛋白溶液的水分蒸发较慢，自然晾干耗时久，不适宜大量制造。

喷涂是常用的涂层制备技术，在工业中已经大量应用，但是在针对丝素蛋白涂层的喷涂中，由于丝素蛋白溶液受温度、湿度及喷枪中气流流动剧烈变化的影响，易造成丝素蛋白结构发生转变，产生絮状沉淀或凝胶物质，且储存在喷枪罐中的液体也常因为湿度温度的影响变性为凝胶，堵塞管道。同时，在丝素蛋白溶液中加入无机材料用于实现特定功能时，由于无机材料与丝素蛋白溶液为物理状态下的融合，因此，在长时间沉淀下，无机材料与丝素蛋白溶液分离，使得得到的涂层不能达到预期效果。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本发明提供了一种蛋白质类水溶液喷涂设备。

上述蛋白质类水溶液喷涂设备包括密封罐，密封罐上设有湿度调节装置和第一温度调节装置，密封罐内设有：

储液罐，包括可供水溶液进入的进料口，其内部沿着水溶液流入的截面方向设有第一过滤网，储液罐上设有第二温度调节装置，密封罐上设有用于带动储液罐做往复运动的第一驱动设备，以使水溶液晃动；

喷涂设备，包括用于将储液罐内的水溶液朝向试样方向喷出的喷头，以及用于带动喷头沿着试样的长度方向移动的第二驱动设备。

可选的，第一驱动设备包括：

驱动板，铰接设置在储液罐上，驱动板与储液罐连接，驱动板的铰接轴与中心线重合；

第一驱动机构，包括两个沿着铰接轴对称设置的第一电动推杆，第一电动推杆的一端设置在密封罐的内壁上，另一端与驱动板铰接，自然状态下，两个第一电动推杆均垂直于驱动板。

可选的，第二驱动设备包括：

第一滑道，沿着试样的长度方向设置，第一滑道上设有用于放置喷头的第一底座；

第二驱动机构，用于带动第一底座沿着第一滑道的长度方向移动。

可选的，第一滑道包括沿着试样的长度方向设置的第一丝杆和导向杆，第一底座上设有与导向杆滑动配合的通孔以及与第一丝杆相匹配的第一螺孔，第二驱动机构包括用于带动第一丝杆转动的电机。

可选的，喷头铰接设置在第一底座上，以使喷头沿着垂直于第一滑道的方向摆动。

可选的，喷涂设备还包括第三驱动设备，第三驱动设备包括两个平行设置的第二滑道，两个第二滑道上均滑动设有第二底座，第一滑道的两端分别设置在两个第二底座上，其中一个第二滑道上设有用于带动第二底座滑动的第三驱动机构，使得第一滑道靠近或远离试样。

可选的，其中一个第二滑道为第二丝杆，第二底座上设有与第二丝杆相匹配的第二螺孔，第三驱动机构包括用于带动第二丝杆转动的电机。

可选的，储液罐沿竖直方向设置，储液罐内水溶液的液位高于第一过滤网。

可选的，混有无机材料的水溶液经沉淀后，第一过滤网的位置与水溶液和无机材料分离的位置相适应。

可选的，储液罐的内部设有第二过滤网，第二过滤网设置在第一过滤网与进料口之间，第一过滤网的孔径小于第二过滤网的孔径。

本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本申请保证蛋白质类水溶液的储存及喷涂过程均在恒温恒湿环境中，减少蛋白质的转变率，同时通过第一过滤网过滤掉少量变性的蛋白质，避免出现喷头堵塞的现象，通过储液罐的晃动，避免蛋白质类水溶液和无机材料分离，使得混合更加均匀，确保喷涂效果，同时，通过喷头将蛋白质类水溶液均匀喷涂在试样上，增加喷涂效率，确保涂层表面的平整性，并可根据喷头往复运动的次数改变涂层的厚度，得到满足需求的涂层。

附图说明

图1是本发明一实施方式中蛋白质类水溶液喷涂设备的示意图；

图2是本发明一实施方式中喷涂设备的示意图。

附图标记：

1、密封罐；11、湿度调节装置；12、第一温度调节装置；2、储液罐；21、第一过滤网；22、第二温度调节装置；23、第二过滤网；3、喷头；31、气泵；4、驱动板；41、铰接轴；42、第一电动推杆；5、第一丝杆；51、导向杆；52、第一底座；6、第二滑道；61、第二底座；62、第二丝杆。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本申请实施例提供的蛋白质类水溶液喷涂设备包括密封罐1，密封罐1上设有湿度调节装置11和第一温度调节装置12。湿度调节装置11可设置在密封罐1的外壁上，通过管道与密封罐1的内部连通，通过湿度调节装置11调节密封罐1内部的湿度，且可保证密封罐1的内部与外部的压力平衡。第一温度调节装置12设置在密封罐1的内壁上，其具体设置位置不受限制，通过第一温度调节装置12调节密封罐1内部的温度。通过湿度调节装置11和第一温度调节装置12改变密封罐1内部空间的湿度和温度，使其满足蛋白质常规存放的需求，且密封罐1密封设置，使其内部恒温恒湿，避免蛋白质出现变性的现象。密封罐1内设有储液罐2和喷涂设备，其中，储液罐2用于引入或储存水溶液，喷涂设备用于将储液罐2内的水溶液喷出，使其在试样的表面形成涂层。其中，密封罐1的密封并非指密封罐1不可打开，而是指将储液罐2和喷涂设备等装置放入密封罐1后，密封罐1的开口关闭，进而将密封罐1的内部空间和外部空间隔离。

储液罐2包括可供水溶液进入的进料口，其中，进料口为设置在储液罐2上的开口，水溶液通过进料口进入到储液罐2，且开口便于保持储液罐2内部与密封罐1之间的压力平衡，便于喷涂设备将储液罐2内的水溶液喷出。其中，水溶液可单指蛋白质的水溶液或者添加有无机材料的蛋白质类水溶液。储液罐2的内部沿着水溶液流入的截面方向设有第一过滤网21，该处的截面方向是指与水溶液的流动方向相垂直的方向，可通过第一过滤网21过滤掉少量变性的蛋白质。储液罐2上设有第二温度调节装置22，第二温度调节装置22设置在储液罐2的侧壁上，通过第二温度调节装置22控制储液罐2内的温度，避免蛋白质出现变性的现象。密封罐1上设有用于带动储液罐2做往复运动的第一驱动设备，以使水溶液晃动，使得密封罐1内的水溶液始终处于晃动的状态，避免水溶液与无机材料分离。

喷涂设备包括用于将储液罐2内的水溶液朝向试样方向喷出的喷头3。具体地，喷头3与储液罐2之间通过管道连接，密封罐1的外侧设有气泵31，喷头3通过管道与气泵31连接，气泵31通过管道朝向喷头3输送气流。使用时，气泵31产生高压空气流入喷头3，此时高速流动的空气会在喷头3处产生一个低压，储液罐2内的水溶液在气压的作用下通过管道流向喷头3，进而通过喷头3将水溶液喷出。或者在喷头3与储液罐2之间的管道上设置泵体，通过泵体将储液罐2内的水溶液抽向喷头3，进而通过喷头3喷出。

如图2所示，喷涂设备还包括用于带动喷头3沿着试样的长度方向移动的第二驱动设备。具体地，可在密封罐1的内部设置工作台，试样放置在工作台上，其中，试样并非单指有明显长宽的形状，该长度方向是指喷头3沿该方向移动，使得喷涂在试样上的水溶液覆盖面积最大。另外，针对于导管或其他需要非单一平面喷涂的结构，可在工作台上设置旋转装置，旋转装置的轴线竖直设置，使得旋转装置沿垂直于水平面方向旋转进而带动喷头3旋转喷涂。旋转装置的转速设置为100-200rpm，优选为107rpm或200rpm，实现非平面喷涂。

在一些实施例中，储液罐2沿竖直方向设置，储液罐2内水溶液的液位高于第一过滤网21。使用时，将混有无机材料的水溶液导入储液罐2内，使得水溶液的液位高于第一过滤网21。储液罐2在晃动过程中，水溶液带动无机材料往复穿过第一过滤网21，使得第一过滤网21充当搅拌设备，确保水溶液与无机材料均匀混合。进一步优化地，混有无机材料的水溶液经沉淀后，第一过滤网21的位置与水溶液和无机材料分离的位置相适应。该处的相适应是指第一过滤网21的设置位置高于或低于水溶液和无机材料分离的位置，使得储液罐2在晃动过程中，水溶液和无机材料均能穿过第一过滤网21，进而有效混合。进一步优化地，第一过滤网21可为水平设置的多个，其中一个第一过滤网21的位置与水溶液和无机材料分离的位置相适应。多个第一过滤网21与第一驱动设备配合充当搅拌设备，确保水溶液和无机材料均匀混合。

本申请保证蛋白质类水溶液的储存及喷涂过程均在恒温恒湿环境中，减少蛋白质的转变率，同时通过第一过滤网21过滤掉少量变性的蛋白质，避免出现喷头3堵塞的现象，通过储液罐2的晃动，避免蛋白质类水溶液和无机材料分离，使得混合更加均匀，确保喷涂效果，同时，通过喷头3将蛋白质类水溶液均匀喷涂在试样上，增加喷涂效率，确保涂层表面的平整性，并可根据喷头3往复运动的次数改变涂层的厚度，得到满足需求的涂层。本申请提供的蛋白质类水溶液喷涂设备可用于喷涂丝素蛋白等受温度、湿度影响较大以及结构容易发生转变的蛋白质类水溶液。

在一些实施例中，如图1所示，本申请的第一驱动设备包括驱动板4和第一驱动机构。驱动板4铰接设置在储液罐2上，驱动板4与储液罐2连接，使得储液罐2跟随驱动板4运动，驱动板4的铰接轴41与中心线重合，使得驱动板4可沿着铰接轴41摆动。第一驱动机构包括两个沿着铰接轴41对称设置的第一电动推杆42，第一电动推杆42的一端设置在密封罐1的内壁上，另一端与驱动板4铰接，自然状态下，两个第一电动推杆42均垂直于驱动板4。其中，两个第一电动推杆42的运动方向相反，即当其中一个第一电动推杆42伸出时，另一个第一电动推杆42缩回，以此往复运动，进而使得储液罐2沿着铰接轴41晃动，避免水溶液与无机材料分离。

以图1中的实施例为例，将储液罐2竖直方式在密封罐1内，第一过滤网21沿水平方向设置在储液罐2内。其中，储液罐2的底部设有安装孔，驱动板4转动设置在安装孔内，两个第一电动推杆42沿竖直方向设置，并对称设置在铰接轴41的两侧，使得自然状态下，驱动板4平行于储液罐2的底部，通过两个第一电动推杆42的伸缩，带动储液罐2晃动。

如图2所示，本申请的第二驱动设备包括第一滑道和第二驱动机构。第一滑道沿着试样的长度方向设置，第一滑道上设有用于放置喷头3的第一底座52，第二驱动机构用于带动第一底座52沿着第一滑道的长度方向移动。可通过第二驱动机构控制第一底座52的移动速度，进而控制喷头3的移动速度，增加喷涂效率，同时，采用机械控制的方式可有效增加喷涂的一致性和均匀性。

在一些实施例中，第二驱动机构包括设置在第一滑道端部的第二电动推杆，第二电动推杆沿着第一滑道的长度方向伸缩，且其端部与第一底座52连接。具体地，第一滑道的两端设置在安装座上，且第二电动推杆的驱动部设置在安装座上，伸缩部与第一底座52连接，通过第二电动推杆的伸缩即可带动第一底座52滑动，结构简单，占用空间小。

在另一些实施例中，第一滑道包括沿着试样的长度方向设置的第一丝杆5和导向杆51，第一底座52上设有与导向杆51滑动配合的通孔以及与第一丝杆5相匹配的第一螺孔，第二驱动机构包括用于带动第一丝杆5转动的电机。具体地，第一丝杆5和导向杆51的两端均可设置在安装座上，且第一丝杆5的两端与安装座之间均转动设置，电机设置在其中一个安装座上。通过电机的转动带动第一丝杆5转动，同时，通过导向杆51限制第一底座52在第一丝杆5的周向方向的自由度，因此，第一底座52将沿着第一丝杆5的长度方向移动。

本申请的喷头3铰接设置在第一底座52上，以使喷头3沿着垂直于第一滑道的方向摆动，用于调节水溶液喷出的角度。具体地，可在第一底座52上设置电机，电机的输出轴沿着第一滑道的长度方向设置，喷头3设置在电机的输出轴上，通过电机的转动带动喷头3摆动。也可在第一底座52上设置两个竖板，两个竖板上穿设有转轴，转轴沿着第一滑道的长度方向设置。转轴的一端固定在其中一个竖板支架上，另一端穿过另一个竖板，且转轴的伸出端设有螺纹，螺纹的外周设有螺母，喷头3转动设置在转轴上，当调整好喷头3的位置后，通过旋转螺母夹紧竖板，进而限定喷头3的位置。

其中，密封罐1上设有两个操作孔，且两个操作孔位置处密封有手套，操作员可通过手套操作密封罐1内的设备。具体地，当喷涂过程中，需要改变喷头3的角度时，操作员可通过双手出入手套内进行作业，确保密封罐1内空间的封闭性。

如图2所示，喷涂设备还包括第三驱动设备，第三驱动设备包括两个平行设置的第二滑道6，两个第二滑道6上均滑动设有第二底座61，该处的第二底座61相当于上述的安装座，即第一滑道的两端分别设置在两个第二底座61上。其中一个第二滑道6上设有用于带动第二底座61滑动的第三驱动机构，使得第一滑道靠近或远离试样。通过第三驱动机构带动第二底座61沿着第二滑道6的长度方向移动，进而带动整个第一滑道沿着该方向移动，进而调节喷头3与试样之间的距离，达到理想的喷涂效果。

在一些实施例中，第三驱动机构包括设置在第二滑道6端部的第三电动推杆，第三电动推杆沿着第二滑道6的长度方向伸缩，且其端部与第二底座61连接。具体地，第三电动推杆的输出轴设置在第二底座61上，通过第三电动推杆的伸缩即可带动第二底座61沿着第二滑道6的长度方向移动，机构简单，定位精度高。

在另一些实施例中，其中一个第二滑道6为第二丝杆62，第二底座61上设有与第二丝杆62相匹配的第二螺孔，第三驱动机构包括用于带动第二丝杆62转动的电机。通过电机带动第二丝杆62转动，进而带动第二底座61沿着第二丝杆62的长度方向移动，结构简单，占用空间小。

在另一些实施例中，第二滑道6的两端均设置在底板上，底板的底部设有第四电动推杆，可通过第四电动推杆的伸缩改变喷头3在竖直方向的位置，增加使用的便利性。

本申请的储液罐2的内部设有第二过滤网23，第二过滤网23设置在第一过滤网21与进料口之间，且第一过滤网21的孔径小于第二过滤网23的孔径。当在水溶液内添加无机材料时，首先，无机材料与水溶液混合，之后倒入储液罐2内，混合后的水溶液首先经过第二过滤网23，通过第二过滤网23过滤未经充分分散的小结块，再通过第一过滤网21过滤少量变性的蛋白质，放置喷头3和喷头3的导管堵塞。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。