Электроформование гибридных трубчатых структур

В некоторых сферах применения свойств ЭФ нановолоконных нетканых материалов в виде трубки, выполненных из однокомпонентного материала, может оказаться недостаточно. Для удовлетворения необходимых требований часто получают гибридную структуру.

Один из наиболее простых способов производства гибридного материала – смена формовочного раствора в процессе ЭФ или смена условий ЭФ, что может способствовать различной организации нановолокон в слоях.

Электроформование на трубке из микрофибры
(Благодарим http://electrospintech.com за предоставленное
изображение)

Наряду с ЭФ возможно использование и других методов получения гибридных материалов в виде трубчатых структур. Основная проблема, связанная с ЭФ трубки - ее неспособность выдержать внешнее давление. Простой способ улучшить механические свойства – покрыть ЭФ трубку слоем более прочного полимера, формируя пленку с внешней стороны. Ванг и соавторы (2014) сначала нанесли с помощью метода ЭФ  поли(L-лактид) на каркас в виде трубки.

Далее каркас обработали  с поверхности раствором полидиметилсилоксана (ПДМС), избегая проникновения ПДМС в волоконный слой. Сато и соавторы (2010) создали гибридную трубку, внутренний слой которой состоит из ЭФ нановолокон фиброина, а внешний состоит из фиброина в виде губки. ЭФ волокна на стержне поместили в цилиндрическую форму. Раствор фиброин/ диглицидиловый эфир полиэтиленгликоля  добавили в форму в пространство между ЭФ волокнами и стенкой формы. В процессе замораживания получили губчатый материал, из которого дистиллированной водой вымывали диглицидиловый эфир полиэтиленгликоля, в результате получали фиброин в виде губки.

При альтернативном методе формирования нановолоконной/сублимированной гибридной трубки нановолоконный лист накладывается на лиофильно высушенную подложку и прокатывается по нему. Моттагиталаб и соавторы (2013) сначала получили волокна фиброина шелка/фибронектина, используя вращающийся цилиндрический коллектор. Нановолоконный лист наложили на лиофильно высушенную подложку на основе шелка.  Это простой способ расположить продольно выровненные нановолокна во внутреннем слое гибридной трубки. Тем не менее, недостаток данного метода заключается в том, что свернутая трубка может развернуться в случае недостаточно плотного закрепления.

Растрово-электронная микрофотография a) пористая структура -сублимированный слой,
b) выровненные нановолокнафибронектина, полученные методом ЭФ.
[Моттагиталаб и соавторы PLoSONE 2013; 8(9): e74417. doi:10.1371/journal.pone.0074417.
Лицензия на данную работу принадлежит CreativeCommonsAttribution 4.0 International.]

При другом методе используется микроволокно, в качестве армирующего слоя гибридной трубки (как внешнего, так и внутреннего слоя). Для производства микроволокнистого/нановолокнистого гибрида с микроволокнами с внутренней стороны, микроволокна сначала помещаются на шаблонный стержень. Методы производства микроволокон включают гравитационное формование (Вильямсон и соавторы, 2006) или экструзию из расплава (Чанг и соавторы, 2010). Для нанесения нановолоконного слоя используют метод ЭФ. Адгезия между ЭФ нановолокнами и лежащими в основе микроволокнами достаточно велика, и позволяет избежать использования клеящего вещества (Чанг и соавторы, 2010). Для имитации структуры трахеи Ханг и соавторы (2014) использовали гибкий «провод» на основе поли-L молочной кислоты диаметром 3 мм и 1,5 мм для обмотки металлического стержня диаметром 1,5 см и 0,5 см соответственно с одинаковым расстоянием между витками. На «провод» поли-L молочной кислоты нанесли тонкий слой дихлорметана для лучшего склеивания электроформованных волокон, нанесенных на поли-L молочную кислоту.  Получившаяся гибридная трубка по своим физическим свойствам схожа с естественной трахеей и демонстрирует высокую резистентность к радиальной компрессии, превышающую резистентность естественной трахеи. Для формирования гибридной трубки с микроволокнами с внешней стороны Кентола и соавторы (2010) использовали наплавку, чтобы намотать поликапролактон на внешнюю поверхность ЭФ трубки. Наряду с использованием микроволокон в качестве механического укрепления применялись также другие покрытия и методы наслоения.

Электроформованная трубка с микроволокнистым
укреплением на внешней части

ЭФ волокна использовались также для укрепления слабого компонента трубки. Йонг и соавторы (2006) сформировали пористый  коллагеновый трубчатый каркас, используя метод сублимационной сушки. Для укрепления  коллагенового трубчатого каркаса на пористую трубку методом ЭФ нанесли слой нановолокон поли(лактид-со-гликолида), получившаяся гибридная трубка продемонстрировала улучшение механических свойств.

Гибридные трубки также создавались для формирования различного рельефа. Чтобы нанести продольный рельеф на внутренний канал гибридной трубки Уттаярат и соавторы (2010) сначала сконструировали матрицу с микроскопической бороздой, используя поли(диметилсилоксан). Затем эту матрицу намотали на стержень и закрепили. Раствор полиуретана был нанесен на медленно вращающийся стержень с матрицей посредством центробежной отливки под высокоинтенсивной галогеновой лампой. Это ускорило высыхание полиуретанового раствора на матрице. Следующий слой полиуретана нанесли методом ЭФ. Полиуретан, нанесенный методом центробежной отливки, обладает хорошей адгезией к ЭФ волокнам полиуретана.

 

Источник: http://electrospintech.com

Яндекс.Метрика