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Eletrofiação técnicas podem criar uma variedade de andaimes de nanofibras para engenharia de tecidos ou outros aplicativos. Descrevemos aqui um procedimento para otimizar os parâmetros da solução de eletrofiação e aparelhos para obter fibras com a morfologia desejada e alinhamento. Problemas comuns e técnicas de solução também são apresentados.
Andaimes electrospun nanofibras foram mostrados para acelerar a maturação, melhorar o crescimento, e direcionar a migração de células in vitro. Eletrofiação é um processo em que um polímero é cobrado jet coletados em um coletor aterrado; uma rápida rotação resultados coletor em nanofibras alinhadas enquanto resultado coletores estacionários em esteiras de fibra orientados aleatoriamente. O jato de polímero é formado quando uma carga eletrostática aplicada supera a tensão superficial da solução. Há uma concentração mínima para um dado polímero, chamado de concentração de emaranhamento crítico, abaixo do qual um jato estável não pode ser alcançado e não nanofibras formará - embora as nanopartículas podem ser alcançados (electrospray). Um jato estável tem dois domínios, um segmento de streaming e um segmento de chicotadas. Enquanto o jato chicotadas é geralmente invisíveis a olho nu, o segmento de transmissão é muitas vezes visível sob condições de iluminação apropriada. Observando-se o comprimento, espessura, consistência e movimento do fluxo é útil para prever o alinhamento e morfologia do nanofibras sendo formado. Um fluxo de curto, não uniforme, inconsistente e / ou oscilante é indicativo de uma variedade de problemas, incluindo o alinhamento de fibra pobres, beading, splattering e padrões curlicue ou ondulado. O fluxo pode ser otimizado, ajustando a composição da solução e da configuração do aparelho eletrofiação, otimizando o alinhamento e morfologia das fibras sendo produzido. Neste protocolo, apresentamos um procedimento para a criação de um aparato electrospinning básico, empiricamente aproximar a concentração entrelaçamento crítico de uma solução de polímero e otimizar o processo de eletrofiação. Além disso, discutimos alguns problemas comuns e técnicas de solução de problemas.
1. Escolha um Polímero
2. Escolha um coletor
3. Aproximar as Concentração Entanglement Critical Empiricamente 1
4. Solução de problemas - o Stream:
5. Solução de problemas - Morfologia Fiber 6,7,8 (veja a Figura 4)
6. Resultados representativos:
Por favor, veja a Figura 4 para representações de resultados de fibra típica.
Figura 1. A configuração electrospinning típico. A solução de polímero (azul) está dispensada de uma bomba de seringa (laranja). A alta tensão de alimentação DC (verde) motivos um coletor de rodas de rotação rápida (cinza), sobre o qual nanofibras alinhadas são coletados. O jato de polímero entre a seringa eo coletor consiste de um segmento de constante fluxo e um segmento rapidamente oscilante chicotadas.
. Figura 2 O jet streaming é visível sair da ponta da seringa; o jato chicotadas é muito pequeno para ser visto.
Aproximar a concentração entrelaçamento crítico de PLLA
PLLA (% wt / v) | Observação | Ajuste de concentração |
0,5 | Gotejamento, sem fluxo | Aumento |
2,0 | Cuspindo globs pequena, sem fluxo | Increse ligeiramente |
4,0 | Fluxo constante | Bom |
6 | Cuspindo globs grandes ou contas | Diminuir ligeiramente |
12,0 | Aglomeração na ponta; nenhum fluxo | Diminuir |
Tabela 1. Um exemplo que descreve a aproximação da concentração entrelaçamento crítico de PLLA. Várias concentrações de polímero são julgados e os jatos resultantes de streaming observado até um fluxo constante é obtida.
Figura 3. A distância entre a ponta da seringa eo coletor deve ser equilibrada com a tensão aplicada para obter um jato constante streaming. Tensão aplicada em excesso provoca uma oscilação ou jet 'abanar' a forma que resulta em menos fibras bem alinhadas. Quando a tensão é muito baixa, não vai jet forma ea solução só por gotejamento a partir da ponta da seringa. A região sombreada roxa acima representa a faixa de tensão sobre a qual um jato constante de streaming pode ser obtido para PLLA em função da seringa para coletor de distância.
Fibras Figura 4. Electrospun podem apresentar uma variedade de morfologias, incluindo beading (A), fitas (B), (C) arabescos, globs porosos (D), bom alinhamento (E) e mau alinhamento (F).
Nota: A maioria dos exemplos aqui apresentados lidar com electrospinning poli-L-láctico (PLLA) nanofibras. Isto é simplesmente porque é o polímero PLLA mais comumente girada em nosso laboratório. No entanto, também temos utilizado com sucesso destes métodos para electrospin outros polímeros (por exemplo, PLGA, PCL, PS) e acreditam que as técnicas aqui apresentadas são facilmente aplicáveis para a maioria de médio a alto peso molecular de soluções de polímeros.
Este trabalho foi financiado pelo NIH K08 EB003996 e os Veteranos Paralisados da América Research Foundation Grant 2573.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
High voltage DC power supply | Gamma High Voltage | ES40P-5W | |
Syringe pump | KD Scientific | KDS100 | |
Aluminum foil | Reynolds Wrap | ||
Blunt metal tips, 23ga | Fisher Scientific | 13-850-102 | |
Polypropylene syringe | BD Biosciences | 309585 | |
Rotating or stationary collector | Custom Made | ||
Various alligator clips and wires | |||
Dimethylformamide | Fisher Scientific | AC11622-0010 | |
Chloroform | Fisher Scientific | AC42355-0040 | |
PLLA | Boehringer Ingeheim | Resomer L210 | |
PLGA 85:15 | Sigma-Aldrich | 43471 | |
Carbon tape | Ted Pella, Inc. | 13073-1 |
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