prof. nzw. dr hab. inż. Tomasz Ciach
 
dr inż. Beata Butruk-Raszeja
 
mgr inż. Magdalena Janczewska
 
mgr inż. Katarzyna Każmierska
 
mgr inż. Kamil Kopeć
 
mgr inż. Piotr Kowalczyk
 
dr inż. Martyna Kucharska
 
mgr inż. Aleksandra Kulikowska
 
mgr inż. Aleksandra Kuźmińska
 
mgr inż. Ilona Łojszczyk
 
mgr inż. Aleksandra Mościcka-Studzińska
 
mgr inż. Rafał Podgórski
 
mgr inż. Aleksandra Poniatowska
 
mgr inż. Agata Stefanek
 
mgr inż. Paulina Trzaskowska
 
mgr inż. Maciej Trzaskowski
 
mgr inż. Iga Wasiak
 
mgr inż. Michał Wojasiński
 

 

Start arrow Projekty arrow Inżynieria tkankowa arrow Nanowłókna - electrospinning, airblowing
Nanowłókna - electrospinning, airblowing

W naszym laboratorium otrzymujemy polimerowe materiały nanowłókniste złożone z włókien o średnicy od kilku nanometrów (nanowłókna) do jednego milimetra (włókna submikronowe). Otrzymujemy je z polimerów konstrukcyjnych jak poliamidy, polistyren, polimerów biodegradowalnych jak polilaktyd, polikaprolakton oraz polimerów naturalnych jak dekstran, pochodne celulozy, albumina, kolagen czy chitozan. Praktycznie każdy polimer może być otrzymany w postaci włókien metodami, które stosujemy. Do wytwarzania struktur nanowłóknistych wykorzystujemy dwie najpopularniejsze obecnie techniki: elektroprzędzenie (ang. electrospinning) oraz rozdmuch roztworu polimeru (ang. solution blow spinning).

 

 

Zdjęcia włókien submikronowych wykonane mikroskopem optycznym

 

Elektroprzędzenie jest procesem otrzymywania włókien ze stopionych polimerów lub ich roztworów z zastosowaniem wysokiego napięcia. Powstające włókna mają średnice od kilku nanometrów do jednego milimetra. Fakt czy polimer po rozpyleniu elektrostatycznym przybierze postać kulistych cząstek czy włókien zależy od jego masy cząsteczkowej, oddziaływań pomiędzy łańcuchami polimeru, rodzaju zastosowanego rozpuszczalnika, zastosowanego napięcia i geometrii układu oraz poprawiających przędzenie dodatków. Na przykład poliglikol etylenowy o masie cząsteczkowej 300 kDa przędzony z roztworu wodnego daje kuliste cząstki dla stężeń poniżej 5%, w zakresie 5,5-7% otrzymujemy kulki połączone cienkim włóknem a dla stężeń powyżej 7% gładkie włókna, dla poliglikolu o masie cząsteczkowej 900kDa „koraliki na nitce” (ang. beads) powstają dla zakresu stężeń 1-2,5%.

 

 

 

Schemat urządzenia do otrzymywania włókien metodą elektroprzędzenia przedstawiono na rysunku powyżej. Do dyszy podawany jest polimer rozpuszczony w rozpuszczalniku lub stopiony, do dyszy podłączone jest również wysokie napięcie (5-20kV). Pod dyszą znajduje się pierścień stabilizujący podłączony do pośredniej wartości napięcia ale jego zastosowanie nie zawsze jest konieczne. Zastosowanie dyszy koncentrycznej pozwala otrzymywać metodą elektroprzędzenia nanorurki lub nanowłókna zbudowane z dwu różnych materiałów.

Więcej w publikacji (PDF):

 

Rozdmuch roztworu polimeru jest techniką młodszą niż elektroprzędzenie. Pozwala na pracę z tymi samymi materiałami co przedstawiona wcześniej technika, z tą różnicą, że włókna powstają w wyniku wyciągania roztworu polimeru w strumieniu powietrza. Dzięki zastosowaniu odpowiedniej konstrukcji koncentrycznych dysz możliwe jest prowadzenie procesu rozdmuchu z wydajnością 10-krotnie wyższą niż w przypadku elektroprzędzenia. Możliwości sterowania własnościami otrzymywanych włókien są podobne, dotyczy to również rozmiarów wytwarzanych włókien.

Schematycznie, układ procesu przedstawiono na rysunku powyżej. Kluczowym jego elementem jest specjalnie zaprojektowana dysza. Dodatkowo, dzięki zastosowaniu cylindrycznego kolektora obracającego się z wysoką prędkością możemy sterować stopniem uporządkowania włókien w materiale.

 

Zdjęcia nanowłókien wytworzonych w procesie rozdmuchu wykonane mikroskopem elektronowym

 

Więcej w publikacji (PDF):

 

Średnica otrzymanych w naszym laboratorium włókien waha się od kilku nanometrów do jednego milimetra. Włókna otrzymywane z rozcieńczonych roztworów mają często postać płaskiej wstążki.

 

Otrzymywane włókna mogą być stosowane do filtracji aerozoli, chemii analitycznej oraz w inżynierii tkankowej do otrzymywania sztucznej skóry lub chrząstki, kontrolowanego podawania leków, implantów kostnych czy biodegradowalnych bandaży wewnętrznych. Nanowłókna otrzymywane opisywanymi techniką mogą być stosowane w terapii genowej do transferu DNA do komórek. Przedstawione metody produkcji włókien stanowią też poważną konkurencję dla pająków żyjących w laboratorium.

 

Różne rodzaje komórek hodowanych na powierzchni nanowłóknistych materiałów polimerowych

 

 

 
« poprzedni artykuł   następny artykuł »