Entanglement Molecular e Electrospinnability de Biopolímeros

Summary

Eletrofiação é uma técnica fascinante usado para fabricar fibras de micro-nano-escala a partir de uma ampla variedade de materiais. Enredamento molecular dos polímeros constituintes, o lubrificante de fiação é essencial para electrospinning bem sucedida. Apresenta-se um protocolo para a utilização da reologia para avaliar a electrospinnability de dois biopolímeros, o amido e o pululano.

Abstract

Eletrofiação é uma técnica fascinante de fabricar micro fibras de nano-escala a partir de uma ampla variedade de materiais. Para biopolímeros, emaranhamento molecular dos polímeros constituintes da droga fiação foi encontrado para ser um pré-requisito essencial para electrospinning sucesso. Reologia é uma poderosa ferramenta para sondar a conformação molecular e interação dos biopolímeros. Neste relatório, nós demonstramos o protocolo para a utilização de reologia para avaliar a electrospinnability de dois biopolímeros, amido e pululana, a partir de sua dimetilsulfóxido (DMSO) / dispersões de água. Bem-formados de amido e fibras pululano com diâmetros médios na ordem de mícrons para submicron foram obtidos. Electrospinnability foi avaliada por observação visual e microscópica das fibras formadas. Ao correlacionar as propriedades reológicas das dispersões a sua electrospinnability, nós demonstramos que a conformação molecular, enredamento molecular, e viscosidade de cisalhamento em afectar eleitorospinning. Reologia não só é útil na escolha do sistema solvente e optimização do processo, mas também para a compreensão do mecanismo de formação das fibras a um nível molecular.

Introduction

Eletrofiação é uma técnica que é capaz de produzir micro contínua às fibras de nano-escala a partir de uma ampla variedade de materiais. Ela ganhou um crescente interesse acadêmico e industrial ^1. Embora a instalação e prática de electrospinning parecer simples, a capacidade de prever e controlar electrospinnability propriedades das fibras permanece um desafio. A razão pode estar no fato de que existem muitos fatores que influenciam o processo de electrospinning ² eo processo, especialmente o caminho percorrido pela fibra, é caótico ^1. Muitas vezes, uma abordagem empírica "cook-e-olhar" é utilizado para triagem de potenciais materiais electrospinnable. No entanto, para obter um melhor controlo sobre o processo de electrospinning e as propriedades da fibra resultante, uma compreensão mais completa dos mecanismos que governam electrospinnability é necessária. Vários pesquisadores descobriram que o emaranhamento molecular de polímeros da droga fiação é uma essêncial pré-requisito para electrospinning sucesso ^{3 5.}

Reologia é uma ferramenta poderosa para investigar conformação molecular e interação em dispersões de polímeros. Por exemplo, McKee et al. investigaram a conformação molecular de cadeia linear ou ramificada, poli (tereftalato de etileno-co-isoftalato de etileno) copolímeros em um solvente contendo clorofórmio / tereftalato de dimetilo (7/3, v / v), e determinada a concentração do polímero que tinha de ser 2-2.5x a concentração de emaranhamento para electrospinning sucesso ^4.

Atualmente, há um interesse renovado em fibras de biopolímeros por causa de suas vantagens em biodegradabilidade, biocompatibilidade e renovabilidade vis-à-vis suas contrapartes sintéticas. No entanto, os profissionais enfrentam muitos desafios que surgem geralmente a partir de sua complexidade estrutural, dificuldade de processamento térmico e propriedades mecânicas inferiores. Amido, encontrados nos tecidos vegetais, é among biopolímeros mais abundantes e baratas na terra. Fibras de amido puro fabricado usando um aparelho eletro-extrusão húmida foram recentemente descritas ^6. Pullulan é um polissacarídeo linear produzido extracelular por bactérias. A alternância regular de (1 → 4) e (1 → 6) ligações glicosídicas acredita-se ser responsável por várias propriedades distintivas de pululana, incluindo excelente fibra / filme formando capacidade de ^7,8. Eletrofiação de fibras a partir de dispersão aquosa de pululano foi avaliado por um certo número de investigadores ^9,10. Em nossas publicações anteriores, o electrospinnability de dois biopolímeros, amido ¹¹ e ¹² de pululano, foi discutido. Este relatório centra-se em demonstrar o protocolo para a utilização de princípios reológicos na investigação do electrospinnability destes dois biopolímeros.

Protocol

1. Spinning Dope Preparação Prepara-se uma gama de concentrações de biopolímero ser investigados (0,1% a 30%, w / v) e ter a certeza de considerar o conteúdo do pó biopolímero nestes cálculos humidade. Para cada concentração, pesar o biopolímero (amido ou pululana) em pó em um tubo de ensaio de 50 ml. Adicionar solução aquosa de dimetil-sulfóxido (DMSO) e uma barra de agitação. Colocar o tubo em água a ferver com agitação constante sobre uma placa de agitação magnética. …

Representative Results

As curvas de fluxo das dispersões de biopolímeros como uma função da concentração de biopolímero e concentração de DMSO em solvente foram obtidos. Dois números representativos mostram as curvas de fluxo de amido (Figura 2A) e pululano (Figura 2B), como uma função da sua concentração no solvente DMSO puro. As viscosidades específicas foram representados graficamente em função da concentração de biopolímero (Figura 3A, para o amido e a Figura 3…

Discussion

Reologia é uma ferramenta essencial para estudar o processamento de polímeros, incluindo fiação de fibra convencional e Eletrofiação ^13. A partir dos estudos constantes cisalhamento reológicos, conformação de polímeros e suas interações em diferentes solventes podem ser resolvidos (Figuras 2 e 3). Em concentrações elevadas o suficiente para não moléculas biopoliméricas a sobrepor-se uns com os outros, a sua dependência da concentração foi de cerca de 1,4 <…

Materials

Name of Reagent/ Equipment	Company	Catalog Number	Comments/Description
Gelose 80 starch	Ingredion		Used as it is
Pullulan	Hayashibara Co. Ltd		Used as it is
Dimethyl Sulfoxide	BDH Chemicals	BDH1115-4LP
Ethanol	VWR International	89125-172	200 proof
Rheometer	TA Instruments	ARES	50 mm cone and plate geometry
Syringe (10 mL)	Becton, Dickinson and Company	309604	Syringe with Luer-Lok® Tip
High voltage generator	Gamma High Voltage Research, Inc.	ES40P
Syringe pump	Hamilton Company	81620
Environmental scanning electron microscope	FEI Company	Quanta 200	for starch fibers
Environmental scanning electron microscope	Phenom-World	Phenom G2 Pro	for pullulan fibers