韓國科學技術院（KAIST）的研究人員開發了一種名為“離心多紡絲”的新型納米纖維生產技術，這將為高性能聚合物納米纖維的安全和低成本大規模生產打開大門。這種新技術的每小時納米纖維生產速度比傳統的“靜電紡絲”方法高300倍，具有許多潛在的應用，包括開髮用於防止感染新冠病毒的口罩過濾器。

納米纖維是良好的口罩過濾器，因為它們與氣溶膠顆粒的機械相互作用使其具有更強的能力，能夠捕獲90%以上的有害顆粒，如細小的灰塵和含有病毒的飛沫。受COVID-19大流行的影響，進一步加速了人們對更好的口罩的需求增長。隨著疫情的持續，一種能更有效阻隔有害顆粒的高分子納米纖維基口罩過濾網也有了更高的需求。

“靜電紡絲”一直是製備細密均勻的高分子納米纖維的常用工藝，但從安全性、成本效益和大規模生產的角度來看，它存在一些缺點。“靜電紡絲”需要高壓電場和導電靶材，這阻礙了高分子納米纖維的安全和低成本量產。

針對這一缺點，有人提出利用離心力而不是高壓來生產聚合物納米纖維的“離心紡絲”是一種比“靜電紡絲”更安全、更經濟的選擇。易擴展性是另一個優勢，因為這種技術只需要一個旋轉的噴絲板和一個收集器。

然而，由於現有的基於離心力的紡絲技術只採用了一個旋轉噴絲板，因此生產率有限，比一些先進的靜電紡絲技術，如“多噴嘴靜電紡絲”和“無噴嘴靜電紡絲”高不了多少。即使增加噴絲板的尺寸，這個問題依然存在。

受這些局限性的啟發，KAIST化學生物分子工程系的Do Hyun Kim教授領導的研究小組將旋轉的噴絲板分割成三個子盤，開發出了具有大規模生產性的離心多紡絲板。該研究作為《ACS Macro Letters》第10卷第3期的封面文章於2021年3月發表。

論文主要作者博士生Byeong Eun Kwak和他的研究人員Hyo Jeong Yoo和Eungjun Lee利用這種帶有三個子盤的新型離心式多紡絲噴絲板，演示了各種聚合物納米纖維的克級生產，最高生產速度可達25克/小時，比傳統的電紡系統高出約300倍。每小時高達25克聚合物納米纖維的生產速度相當於實驗室規模生產系統每天生產約30個口罩濾網的速度。

通過將大規模生產的聚合物納米纖維整合到口罩過濾器的形式中，研究人員能夠製造出與目前韓國市場上的KF80和KF94口罩過濾性能相當的口罩。KF80和KF94口罩已獲得韓國食品藥品管理局的認可，分別能過濾掉至少80%和94%的有害顆粒。

“當我們的系統從實驗室規模擴大到工業規模後，離心多紡絲高分子納米纖維的大規模生產將成為可能，基於高分子納米纖維的口罩過濾器的成本也將大幅降低。”Kwak解釋說。