CN103334168A - 一种静电纺丝的接收装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种静电纺丝的接收装置，包括电机、具有回转半径的转子笼、支架，电机通过旋转轴与转子笼连接，电机和转子笼安装在支架上；其中，转子笼为滑块连杆铰接机构，包括用于接收沉积纳米纤维的连杆组件和位于连杆组件两端的滑块组件，连杆组件两端分别铰接在滑块组件上，滑块组件轴向滑动地套接在旋转轴上，与旋转轴同步旋转，连杆组件与旋转轴的之间的径向距离成为回转半径，连杆组件的轴向长度小于或等于滑块组件的轴向长度，滑块组件沿旋转轴两端或中心滑动；本发明可以接收得到包括疏松程度可控的三维纳米纤维组合体等各种类型的纳米纤维组合体，应用前景广泛，且本发明的接收装置结构简单，容易操作。

Description

一种静电纺丝的接收装置

技术领域

本发明属于纳米纤维材料制备领域，具体涉及了一种静电纺丝的接收装置。

背景技术

静电纺丝又称电纺，对聚合物流体（流体具体可为溶液或熔体）进行静电雾化，分裂成聚合物微小射流，在射流喷射的过程中，固化形成纤维。静电纺丝装置主要包括四部分组成：喷丝头、接收装置、聚合物流体供给系统和高压静电发生器，具体工作原理为：聚合物流体供给系统将聚合物流体供给到喷丝头尖端，同时高压静电发生器（输出几千至上万伏高压电）作用于喷丝头尖端，喷丝头尖端的流体液滴表面产生大量静电电荷，使得该位置流体液滴表面张力受静电斥力消弱，被逐渐拉长形成带电锥体，即俗称的泰勒锥，当电场强度增大到特定临界值时，毛细管顶端的流体液滴表面的电荷斥力大于其表面张力，带电流体就会从泰勒锥的顶端喷射出来，形成带电射流。带电射流的溶剂会在细流喷射过程中蒸发，因而使得接收装置上得到固化纤维。采用静电纺丝法制备得到的纤维比用传统纺丝方法的细得多，直径一般在数十到上千纳米，一般简称为纳米纤维。

由于静电纺丝制备出的纳米纤维具有比表面积大和小孔尺寸等优越性能，可以在多个技术领域进行广泛应用，如人体组织工程支架、药物缓释材料、催化载体、传感器、过滤材料以及微电子与光电材料等。有关纳米纤维形态和材料特性的基础工作已经获得充分研究和论证，目前静电纺丝的工艺设计和开发多功能化的纳米纤维是新兴功能材料领域的一个研究热点。目前现有技术采用静电纺丝技术已经成功制备出结构多样的纳米纤维材料，这些纳米纤维材料在一些具体领域中已经发挥非常重要的作用。然而在实际应用中，往往需要纳米纤维沉积物具有三维立体结构，例如静电纺丝纳米纤维能够仿生细胞外基质结构，可作为组织工程培养支架，而人体组织属于空间几何体，若要实现组织再生则要求培养支架满足三维立体结构。

现有公开的三维纳米纤维组合体的制备方法主要有：1）层层叠加法，该方法通过延长静电纺丝时间获得一定厚度纳米纤维结构，但孔隙率会随着厚度增加而降低，静电纺丝纳米纤维的包括过滤能力等的优越特性会因此降低；2）微-纳混合法，该方法将直写沉积和静电纺丝结合，利用直写沉积获得微米纤维来实现立体结构，实现过程较为复杂，成本较高，且获得的微米纤维的应用条件也受到很大限制，无法满足实际需求；3）组装法，该方法是将所得纳米纤维膜进行再加工，通过编织或其他方法组装成立体结构，但其工艺复杂，效率低，且再加工过程中会破坏纳米纤维的原有结构。

而已公布专利中关于制备三维结构的纳米纤维静电纺丝设备多数还不能得到疏松状的三维纳米纤维组合体，或制备效果不理想。

如公开号为CN102813562A的中国专利公开了一种三维大孔径纳米级纤维支架与制备方法，将生物降解聚酯和添加剂溶解于有机溶剂中，制得纺丝原液。利用静电纺丝工艺对上述纺丝溶液进行纺丝，获得纳米/亚微米级纤维毡。纺后48h内将纤维毡浸入到溶剂中，先进行预冷冻，再进行冷冻干燥，获得大孔且孔洞相互贯通的立体三维支架，该技术的工艺较为繁琐，效率低，且对纺丝进行再加工过程中会破坏纳米纤维的原有结构。

综上所述，目前在获得三维纳米纤维组合体方面仍存在着巨大挑战和限制，同时现有公开的具体静电纺丝技术一般只能实现单种特定类型的纳米纤维，因此有必要进行改进。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种静电纺丝的接收装置，可以接收得到包括疏松程度可控的三维纳米纤维组合体等各种类型的纳米纤维组合体，应用前景广泛，且本发明的接收装置结构简单，容易操作。

为了实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种静电纺丝的接收装置，包括电机、具有回转半径的转子笼、支架，电机通过旋转轴与转子笼连接，旋转轴将电机的旋转力传递给转子笼，所述的电机和转子笼安装在支架上；其中，

所述的转子笼为滑块连杆铰接机构，包括用于接收沉积纳米纤维的连杆组件和位于连杆组件两端的滑块组件，所述的连杆组件两端分别铰接在滑块组件上，所述的滑块组件轴向滑动地套接在旋转轴上，与旋转轴同步旋转，连杆组件与旋转轴的之间的径向距离成为所述的回转半径，所述的连杆组件的轴向长度小于或等于滑块组件的轴向长度，所述的滑块组件沿旋转轴两端或中心滑动。

优选地，包括与电机电连接的控制器，控制电机旋转速度和运行时间。

优选地，还包括与控制器电连接的触摸屏式人机界面，在触摸屏式上设定控制器的控制参数，控制参数包括电机旋转速度和运行时间。

优选地，所述的旋转轴包括依次固定连接的第一旋转轴、第二旋转轴和第三旋转轴，所述的第一旋转轴和第三旋转轴旋转地安装在支架上；所述的滑块组件轴向滑动地套接在所述的第二旋转轴上，第二旋转轴上设有方轴段，所述的滑块组件包括与该方轴段配合的方形内孔。

优选地，所述的连杆组件包括至少2个连杆单元，所述的各连杆单元包括：用于接收沉积纳米纤维的接收连杆；位于接收连杆两端，且与接收连杆两端相互铰接的第一滑块连杆和第二滑块连杆；

所述的滑块组件包括：分别轴向滑动地套接在旋转轴上的第一滑块和第二滑块、与第一滑块和第二滑块分别连接的滑块动力平衡件；

所述的第一滑块连杆铰接在第一滑块上，所述的第二滑块连杆铰接在第二滑块上；各接收连杆与旋转轴平行，且与旋转轴之间的径向距离相等，该径向距离成为所述的回转半径；所述的各接收连杆的轴向长度小于或等于第一滑块和第二滑块之间的轴向长度；

所述的滑块动力平衡件同时提供正方向滑动力和负方向轴向滑动力，所述的正方向滑动力驱动第一滑块和第二滑块分别向旋转轴的第一端和第二端同时滑动，使得回转半径缩小，所述的负方向滑动力驱动第一滑块和第二滑块分别向旋转轴中心同时滑动，使得回转半径增大；

当正方向滑动力和负方向轴向滑动力相等时，第一滑块和第二滑块分别停止沿旋转轴滑动，所述的回转半径不变；当正方向滑动力大于负方向轴向滑动力时，所述的回转半径缩小；当负方向滑动力大于正方向轴向滑动力时，所述的回转半径增大。

优选地，所述的滑块动力平衡件包括处于压缩状态的压缩弹簧，所述的压缩弹簧套接在旋转轴上，且位于第一滑块和第二滑块之间，提供所述的正方向滑动力，正方向滑动力大小与回转半径成正相关关系。

优选地，在电机旋转时，所述的连杆组件上产生离心力，所述的离心力使得在第一滑块和第二滑块上形成所述的负方向轴向滑动力，负方向轴向滑动力大小与电机旋转速度成正相关关系。

优选地，所述的电机旋转速度可调节，通过调节电机旋转速度大小控制所述的回转半径大小，具体包括：

增大电机旋转速度，当负方向轴向滑动力大于正方向轴向滑动力时，所述的回转半径增大，正方向轴向滑动力同时增大，当正方向轴向滑动力等于负方向轴向滑动力时，所述的回转半径不变；

缩小电机旋转速度，当负方向轴向滑动力小于正方向轴向滑动力时，所述的回转半径缩小，正方向轴向滑动力同时缩小，当正方向轴向滑动力等于负方向轴向滑动力时，所述的回转半径不变。

优选地，所述的第一滑块和第二滑块外周面上设有第一环形槽和第二环形槽，第一环形槽和第二环形槽内分别固定设有第一定位圈和第二定位圈；所述的第一滑块和第二滑块外周面上分别均布其数量与连杆单元数量相同的连接槽，所述的第一滑块连杆和第二滑块连杆分别通过对应的连接槽铰接在所述的第一定位圈和第二定位圈上。

优选地，所述的连杆单元的数量为2-10个。

本发明通过上述由回转半径可自由调节的转子笼组成的动态接收装置来实现包括三维纳米纤维组合体等各种类型纳米纤维组合体的制备，结构简单，容易操作，制备速度相对较快，连续且稳定，纳米纤维组合体很少出现断裂，本发明可以应用于现有中任意一种静电纺丝技术；如具体地，相对于现有公开的三维纳米纤维组合体的制备技术，本发明通过缩小调节转子笼的回转半径，可制备得到各种具有不同疏松程度的三维纳米纤维组合体，如可制备得到具有高疏松程度、高孔隙率、高比表面积和良好机械性能等优越特性的三维纳米纤维组合体，有效满足了各种需求，应用领域广泛；

进一步具体优化地，本发明提出采用在电机运行时，在连杆组件上产生的离心力来形成本发明的负方向轴向滑动力，通过控制电机旋转速度间接控制负方向轴向滑动力的大小，同时采用压缩弹簧提供本发明的正方向轴向滑动力，压缩弹簧提供的正方向轴向滑动力大小与回转半径成正相关关系，通过负方向轴向滑动力与正方向轴向滑动力结合作用在滑块组件上，自动调节控制滑块的滑动方向和滑动距离，进而实现了回转半径的高精度自动调节，调节范围大且速度快，大大减轻了工作强度、提高了工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明具体实施例的接收装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种静电纺丝的接收装置，包括电机、具有回转半径的转子笼、支架，电机通过旋转轴与转子笼连接，旋转轴将电机的旋转力传递给转子笼，电机和转子笼安装在支架上；其中，

转子笼为滑块连杆铰接机构，包括用于接收沉积纳米纤维的连杆组件和位于连杆组件两端的滑块组件，连杆组件两端分别铰接在滑块组件上，滑块组件轴向滑动地套接在旋转轴上，与旋转轴同步旋转，连杆组件与旋转轴的之间的径向距离成为回转半径，连杆组件的轴向长度小于或等于滑块组件的轴向长度，滑块组件沿旋转轴两端或中心滑动，使得回转半径缩小或增大。

本发明实施例通过上述由回转半径可自由调节的转子笼组成的动态接收装置来实现包括三维纳米纤维组合体等各种类型纳米纤维组合体的制备，结构简单，容易操作，制备速度相对较快，连续且稳定，纳米纤维组合体很少出现断裂，本发明实施例可以应用于现有中任意一种静电纺丝技术；如具体地，相对于现有公开的三维纳米纤维组合体的制备技术，本发明实施例通过缩小调节转子笼的回转半径，可制备得到各种具有不同疏松程度的三维纳米纤维组合体，如可制备得到具有高疏松程度、高孔隙率、高比表面积和良好机械性能等优越特性的三维纳米纤维组合体，有效满足了各种需求，应用领域广泛。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图提出具体实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

请参见图1所示的一种静电纺丝的接收装置，包括电机100、具有回转半径的转子笼200、支架300，电机100通过旋转轴与转子笼200连接，电机100与旋转轴之间设有连轴器700，旋转轴将电机100的旋转力传递给转子笼200；

优选地，在本实施方式中，接收装置包括与电机100电连接的控制器500，控制电机100旋转速度和运行时间，以及与控制器500电连接的触摸屏式人机界面600，可在触摸屏式人机界面600上设定控制电机100的包括旋转速度和运行时间等控制参数，控制参数信息通过数据线传递给控制器500，电机100在控制器500控制下按触摸屏式人机界面600预先设定的参数进行旋转，从而进一步提高本实施例中接收装置的高度自动化调节功能。

优选地，在本实施方式中，旋转轴包括依次螺钉紧固连接的第一旋转轴410、第二旋转轴420和第三旋转轴430，第一旋转轴410和第三旋转轴430呈阶梯型形状，与电机100通过轴承一同可旋转地安装在支架300上，用于支撑整个接收装置；

其中，转子笼200为滑块连杆铰接机构，包括用于接收沉积纳米纤维的连杆组件和位于连杆组件两端的滑块组件，连杆组件包括连杆单元，连杆单元的数量设置为10个，当然也可以设置为小于10个或大于10个，具体可以根据实际需要来进行设置，连杆单元的数量变化可以得到不同的连杆间距，不同的连杆间距可以制备得到不同结构的纳米纤维组合体。

各连杆单元包括：用于接收沉积纳米纤维的接收连杆210；位于接收连杆210两端，且与接收连杆210两端相互铰接的第一滑块连杆220a和第二滑块连杆220b；滑块组件包括：分别轴向滑动地套接在第二旋转轴420上的第一滑块230a和第二滑块230b、与第一滑块230a和第二滑块230b分别连接的滑块动力平衡件，第一滑块230a和第二滑块230b与第二旋转轴420同步转动，第一滑块230a和第二滑块230b沿第二旋转轴420两端或中心滑动。优选地，在本实施方式中，第二旋转轴420上设有第一方轴段421a和第二方轴段421b，在其他实施方式中，也可以将整体设置为方轴段，第一滑块230a和第二滑块230b上分别包括与第一方轴段421a和第二方轴段421b配合的方形内孔（图未示出），使得第一滑块230a和第二滑块230b在第二旋转轴420的轴向上可自由滑动，但不可进行自由径向移动或旋转，当第二旋转轴420旋转时，第一滑块230a和第二滑块230b同步旋转，当然地，在其他实施方式中，可以采用其他配合结构来实现本实施方式中第一滑块230a和第二滑块230b与第二旋转轴420上的同步旋转。

第一滑块连杆220a铰接在第一滑块230a上，第二滑块连杆220b铰接在第二滑块230b上；各接收连杆210与第二旋转轴420平行，且与第二旋转轴420之间的径向距离相等，该径向距离成为回转半径，各接收连杆210的轴向长度小于第一滑块230a和第二滑块230b之间的轴向长度，用于确保第一滑块230a和第二滑块230b分别向第二旋转轴420的第一端420a和第二端420b滑动时，回转半径处于缩小状态，反之，向第二旋转轴420中心滑动时，回转半径处于增大状态；优选地，在本实施方式中，第一滑块230a和第二滑块230b外周面上设有第一环形槽（图未示出）和第二环形槽（图未示出），第一环形槽和第二环形槽内分别固定设有第一定位圈（图未示出）和第二定位圈（图未示出）；第一滑块230a和第二滑块230b外周面上分别均布10个连接槽231，具体可设置为矩形形状，第一滑块连杆220a和第二滑块连杆220b分别通过对应的连接槽231铰接在第一定位圈和第二定位圈上，具体地，采用铆钉铰接结构，当然还可以采用其他铰接结构来实现，只要实现本发明实施例所述的铰接效果即可。

优选地，在本发明实施方式中，滑块动力平衡件同时提供正方向滑动力和负方向轴向滑动力，包括处于压缩状态的压缩弹簧240，为圆柱形状，压缩弹簧240套接在第二旋转轴420上，且位于第一滑块230a和第二滑块230b之间，提供正方向滑动力，正方向滑动力驱动第一滑块230a和第二滑块230b分别向第二旋转轴420的第一端420a和第二端420b同时滑动，使得回转半径缩小，正方向滑动力大小与回转半径成正相关关系，即回转半径越大，正方向滑动力越大，反之，回转半径越小，正方向滑动力越小。在电机100旋转时，连杆组件上产生离心力，离心力使得在第一滑块230a和第二滑块230b上形成负方向轴向滑动力，负方向滑动力驱动第一滑块230a和第二滑块230b分别向第二旋转轴420中心同时滑动，使得回转半径增大，负方向轴向滑动力大小与电机100旋转速度成正相关关系，即电机100旋转速度越大，负方向滑动力越大，反之，电机100旋转速度越小，负方向滑动力越小。

本实施例的电机100旋转速度可调节，通过调节电机100旋转速度大小控制回转半径大小，具体包括：

增大电机100旋转速度，当负方向轴向滑动力大于正方向轴向滑动力时，回转半径增大，正方向轴向滑动力同时增大，当正方向轴向滑动力等于负方向轴向滑动力时，回转半径不变；

缩小电机100旋转速度，当负方向轴向滑动力小于正方向轴向滑动力时，回转半径缩小，正方向轴向滑动力同时缩小，当正方向轴向滑动力等于负方向轴向滑动力时，回转半径不变。

由于压缩弹簧240的弹性参数确定后，电机100旋转速度与回转半径成一定正相关关系，根据该正相关关系在触摸屏式人机界面600上设定控制参数，控制电机100旋转速度按照设定的控制参数自动进行改变，来自由控制调节回转半径的大小，更具体地，在触摸屏式人机界面600上设定控制电机100的初始旋转速度、终止旋转速度和运行时间等控制参数，控制参数信息通过数据线传递给控制器500，电机100在控制器500控制下按触摸屏式人机界面600预先设定的参数要求自动改变自身旋转速度，进而使得转子笼200的回转半径按设定要求进行自动控制调节，本实施例实现了对转子笼200的回转半径高精度控制调节的高度自动化，调节范围大且速度快，大大减轻了工作强度、提高了工作效率。

在其他实施方式中，可以采用不同弹性系数的压缩弹簧，来实现相同回转半径调节范围内可以对应不同的电机旋转速度范围，可根据实际情况进行具体选择，有效增加选择空间。

通过对本实施例中各个结构的具体参数设置，如连杆单元数量、电机旋转速度范围等，可以得到各种类型、均匀度高的纳米纤维结构，应用前景广泛，当然也可以通过进行具体参数设置，使得回转半径缩小，制备得到疏松程度可控的三维纳米纤维组合体，进一步地，通过调节电机旋转速度范围，可以制备得到具有高疏松程度、高孔隙率、高比表面积和良好机械性能等优越性能的三维纳米纤维组合体，相信这些均是本领域技术人员的常规选择，在本文中不再具体展开描述。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种静电纺丝的接收装置，其特征在于，包括电机、具有回转半径的转子笼、支架，电机通过旋转轴与转子笼连接，旋转轴将电机的旋转力传递给转子笼，所述的电机和转子笼安装在支架上；其中，

所述的转子笼为滑块连杆铰接机构，包括用于接收沉积纳米纤维的连杆组件和位于连杆组件两端的滑块组件，所述的连杆组件两端分别铰接在滑块组件上，所述的滑块组件轴向滑动地套接在旋转轴上，与旋转轴同步旋转，连杆组件与旋转轴的之间的径向距离成为所述的回转半径，所述的连杆组件的轴向长度小于或等于滑块组件的轴向长度，所述的滑块组件沿旋转轴两端或中心滑动。

2.如权利要求1所述的静电纺丝的接收装置，其特征在于，包括与电机电连接的控制器，控制电机旋转速度和运行时间。

3.如权利要求2所述的静电纺丝的接收装置，其特征在于，还包括与控制器电连接的触摸屏式人机界面，在触摸屏式上设定控制器的控制参数，控制参数包括电机旋转速度和运行时间。

4.如权利要求1所述的静电纺丝的接收装置，其特征在于，所述的旋转轴包括依次固定连接的第一旋转轴、第二旋转轴和第三旋转轴，所述的第一旋转轴和第三旋转轴旋转地安装在支架上；所述的滑块组件轴向滑动地套接在所述的第二旋转轴上，第二旋转轴上设有方轴段，所述的滑块组件包括与该方轴段配合的方形内孔。

5.如权利要求1-4之一所述的静电纺丝的接收装置，其特征在于，所述的连杆组件包括至少2个连杆单元，所述的各连杆单元包括：用于接收沉积纳米纤维的接收连杆；位于接收连杆两端，且与接收连杆两端相互铰接的第一滑块连杆和第二滑块连杆；

所述的滑块组件包括：分别轴向滑动地套接在旋转轴上的第一滑块和第二滑块、与第一滑块和第二滑块分别连接的滑块动力平衡件；

所述的第一滑块连杆铰接在第一滑块上，所述的第二滑块连杆铰接在第二滑块上；各接收连杆与旋转轴平行，且与旋转轴之间的径向距离相等，该径向距离成为所述的回转半径；所述的各接收连杆的轴向长度小于或等于第一滑块和第二滑块之间的轴向长度；

所述的滑块动力平衡件同时提供正方向滑动力和负方向轴向滑动力，所述的正方向滑动力驱动第一滑块和第二滑块分别向旋转轴的第一端和第二端同时滑动，使得回转半径缩小，所述的负方向滑动力驱动第一滑块和第二滑块分别向旋转轴中心同时滑动，使得回转半径增大。

6.如权利要求5所述的静电纺丝的接收装置，其特征在于，所述的滑块动力平衡件包括处于压缩状态的压缩弹簧，所述的压缩弹簧套接在旋转轴上，且位于第一滑块和第二滑块之间，提供所述的正方向滑动力。

7.如权利要求6所述的静电纺丝的接收装置，其特征在于，在电机旋转时，所述的连杆组件上产生离心力，所述的离心力使得在第一滑块和第二滑块上形成所述的负方向轴向滑动力。

8.如权利要求7所述的静电纺丝的接收装置，其特征在于，所述的电机旋转速度可调节，通过调节电机旋转速度大小控制所述的回转半径大小，具体包括：

增大电机旋转速度，当负方向轴向滑动力大于正方向轴向滑动力时，所述的回转半径增大，正方向轴向滑动力同时增大，当正方向轴向滑动力等于负方向轴向滑动力时，所述的回转半径不变；

缩小电机旋转速度，当负方向轴向滑动力小于正方向轴向滑动力时，所述的回转半径缩小，正方向轴向滑动力同时缩小，当正方向轴向滑动力等于负方向轴向滑动力时，所述的回转半径不变。

9.如权利要求5所述的静电纺丝的接收装置，其特征在于，所述的第一滑块和第二滑块外周面上设有第一环形槽和第二环形槽，第一环形槽和第二环形槽内分别固定设有第一定位圈和第二定位圈；所述的第一滑块和第二滑块外周面上分别均布其数量与连杆单元数量相同的连接槽，所述的第一滑块连杆和第二滑块连杆分别通过对应的连接槽铰接在所述的第一定位圈和第二定位圈上。

10.根据权利要求5所述的静电纺丝的接收装置，其特征在于，所述的连杆单元的数量为2-10个。

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