आण्विक उलझन और बायोपॉलिमर्स की Electrospinnability
Summary
Electrospinning सामग्री की एक विस्तृत विविधता से नैनो पैमाने तंतुओं को सूक्ष्म बनाना इस्तेमाल एक आकर्षक तकनीक है. कताई डोप में घटक पॉलिमर के आण्विक उलझाव सफल electrospinning के लिए आवश्यक है. हम दो जैवपॉलिमरों, स्टार्च और pullulan के electrospinnability मूल्यांकन करने के लिए rheology के उपयोग के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करते हैं.
Abstract
Electrospinning सामग्री की एक विस्तृत विविधता से नैनो पैमाने तंतुओं को सूक्ष्म बनाना एक आकर्षक तकनीक है. जैवपॉलिमरों के लिए, कताई डोप में घटक पॉलिमर की आणविक उलझाव सफल electrospinning के लिए एक आवश्यक शर्त हो पाया था. Rheology जैवपॉलिमरों की आणविक रचना और बातचीत की जांच के लिए एक शक्तिशाली उपकरण है. इस रिपोर्ट में, हम उनके डाइमिथाइल sulfoxide (DMSO) / पानी dispersions से, दो जैवपॉलिमरों, स्टार्च और pullulan के electrospinnability मूल्यांकन करने के लिए rheology के उपयोग के लिए प्रोटोकॉल प्रदर्शित करता है. माइक्रोन रेंज को submicron में औसत व्यास के साथ अच्छी तरह से बनाई स्टार्च और pullulan फाइबर प्राप्त किया गया. Electrospinnability गठन फाइबर के दृश्य और सूक्ष्म अवलोकन द्वारा मूल्यांकन किया गया था. उनके electrospinnability को dispersions के rheological गुण correlating द्वारा, हम सब चुनाव को प्रभावित आणविक रचना, आणविक उलझाव, और कतरनी चिपचिपापन दिखाना है किrospinning. Rheology केवल विलायक प्रणाली चयन और अनुकूलन प्रक्रिया में उपयोगी, लेकिन यह भी एक आणविक स्तर पर फाइबर के गठन के तंत्र को समझने में नहीं है.
Introduction
Electrospinning सामग्री की एक विस्तृत विविधता से नैनो पैमाने पर फाइबर के लिए सतत सूक्ष्म उत्पादन में सक्षम है कि एक तकनीक है. यह शैक्षणिक और औद्योगिक हित 1 में वृद्धि हासिल की है. सेटअप और electrospinning का अभ्यास सरल प्रतीत हालांकि, फाइबर गुण electrospinnability भविष्यवाणी और नियंत्रित करने की क्षमता एक चुनौती बनी हुई है. कारण electrospinning प्रक्रिया 2 और प्रक्रिया, फाइबर से कूच विशेष रूप से पथ, 1 अराजक है को प्रभावित करने में कई कारक हैं कि वास्तव में झूठ बोल सकती है. अक्सर एक अनुभवजन्य "देखो पकाने व" दृष्टिकोण संभावित electrospinnable सामग्री स्क्रीनिंग के लिए प्रयोग किया जाता है. हालांकि, Electrospinning प्रक्रिया पर बेहतर नियंत्रण और परिणामी फाइबर गुणों की आवश्यकता है, electrospinnability कि सरकार तंत्र की एक और पूरी समझ हासिल करने के लिए. कई शोधकर्ताओं कताई डोप में पॉलिमर की आणविक उलझाव एक आवश्यक तत्व है कि मिल गया हैसफल electrospinning 3 से 5 के लिए एल शर्त.
Rheology बहुलक dispersions में आणविक रचना और बातचीत की जांच के लिए एक शक्तिशाली उपकरण है. उदाहरण के लिए, McKee एट अल. क्लोरोफॉर्म / डाइमिथाइल terephthalate (7/3, वी / वी) युक्त एक विलायक में रेखीय की आणविक रचना और branched पाली (ethylene terephthalate सह इथाइलीन isophthalate) सहपॉलिमरों जांच की, और बहुलक एकाग्रता 2-2.5x किया जा सकता था कि निर्धारित सफल electrospinning 4 के लिए उलझन एकाग्रता.
क्योंकि biodegradability, biocompatibility, और तुलना- तुलना उनके सिंथेटिक समकक्षों renewability में अपने फायदे के जैवपॉलिमरों से फाइबर में वर्तमान में नए सिरे से रुचि नहीं है. अभी तक चिकित्सकों थर्मल प्रसंस्करण और अवर यांत्रिक गुणों में उनकी संरचनात्मक जटिलता, कठिनाई से आम तौर पर उत्पन्न होने वाली कई चुनौतियों का सामना. संयंत्र के ऊतकों में पाया स्टार्च, आमोन हैजी पृथ्वी पर सबसे प्रचुर मात्रा में और सस्ती जैवपॉलिमरों. शुद्ध स्टार्च फाइबर एक विद्युत गीला कताई तंत्र हाल ही में 6 वर्णित किया गया उपयोग कर गढ़े. Pullulan कुछ बैक्टीरिया द्वारा extracellularly उत्पादित एक रेखीय polysaccharide है. (1 → 4) और (1 → 6) की नियमित प्रत्यावर्तन glucosidic बांड क्षमता 7,8 बनाने उत्कृष्ट फाइबर / फिल्म सहित pullulan के कई विशिष्ट गुणों के लिए जिम्मेदार माना जाता है. जलीय फैलाव से pullulan फाइबर की Electrospinning शोधकर्ताओं 9,10 के एक नंबर के द्वारा सूचित किया गया है. हमारे पिछले प्रकाशनों में, दो जैवपॉलिमरों, स्टार्च 11 और pullulan 12 की electrospinnability, विचार विमर्श किया गया. यह रिपोर्ट इन दो जैवपॉलिमरों की electrospinnability की जांच में rheological सिद्धांतों के उपयोग के लिए प्रोटोकॉल का प्रदर्शन करने पर केंद्रित है.
Protocol
Representative Results
Discussion
Rheology पारंपरिक फाइबर कताई सहित और 13 electrospinning पॉलिमर, के प्रसंस्करण का अध्ययन करने के लिए एक अनिवार्य उपकरण है. स्थिर कतरनी rheological पढ़ाई, बहुलक रचना और विभिन्न सॉल्वैंट्स में उनकी बातचीत से सुलझाया जा सकता ?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस काम के खाद्य और कृषि के लिए यूएसडीए नेशनल इंस्टीट्यूट, राष्ट्रीय प्रतियोगी अनुदान कार्यक्रम, राष्ट्रीय अनुसंधान पहल कार्यक्रम 71.1 वित्तीय वर्ष 2007 तक के हिस्से में वित्त पोषित है एलर्जी और संक्रामक रोग के लिए अनुदान सं 2007-35503-18392, और राष्ट्रीय स्वास्थ्य संस्थान, संस्थान के रूप में , R33AI94514-03.
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 |
Referências
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