Moleküler Dolaşıklık Biyopolimerlerin Electrospinnability
Summary
Elektro malzemeler çok çeşitli nano-ölçekli liflere mikroskopik olarak imal etmek için kullanılan bir ilginç bir tekniktir. Eğirme dop içindeki kurucu polimerlerin moleküler dolanması başarılı bir şekilde üretebilmektedir için gereklidir. Biz iki Biyopolimerlerin, nişasta ve pullulan bir electrospinnability değerlendirmek reolojisini kullanan bir protokol mevcut.
Abstract
Elektro malzemeler çok çeşitli nano-ölçekli liflere mikro imal etmek için ilginç bir tekniktir. Biyopolimerler için, eğirme dop içindeki kurucu polimerlerin molekül dolanması başarılı bir şekilde üretebilmektedir için önemli bir ön-koşul olduğu bulunmuştur. Reolojisi Biyopolimerlerin moleküler yapısını ve etkileşimi araştırmak için güçlü bir araçtır. Bu raporda, dimetil sülfoksit (DMSO) / su dispersiyonlan gelen iki biyopolimer, nişasta ve pullulan ve electrospinnability değerlendirmek için reoloji kullanılması için protokol göstermektedir. Mikron aralığı için mikron altından ortalama çapları ile iyi bir şekilde oluşturulmuş nişasta ve pullulan lifler elde edilmiştir. Electrospinnability oluşan liflerin görsel olarak veya mikroskopik gözlem ile değerlendirilmiştir. Bunların electrospinnability için dispersiyonların reolojik özelliklerini ilişkilendirerek, tüm seçecek etkiler moleküler konformasyon, moleküler dolanması ve kayma viskozitesi göstermektedirrospinning. Reoloji sadece çözücü sistemi seçimi ve işlem optimizasyonu faydalı değil, aynı zamanda moleküler seviyede lif oluşumu mekanizmasının anlaşılması değildir.
Introduction
Elektro malzemeler çok çeşitli nano-ölçekli elyaf sürekli mikroskopik olarak üretme kabiliyetine sahip olan bir tekniktir. Bu akademik ve endüstriyel ilgi 1 artan kazanmıştır. Kurulum ve Elektrospinning uygulaması basit gibi görünse de, elyaf özelliklerini electrospinnability tahmin ve kontrol yeteneği bir sorun olmaya devam etmektedir. Nedeni Elektroeğirme işlemini 2 ve süreci, fiber tarafından seyahat, özellikle yolu, 1 kaotik etkileyen pek çok faktör vardır ki aslında yalan olabilir. Genellikle ampirik "bakmak cook-ve-" yaklaşımı potansiyel electrospinnable malzemelerin taranması için kullanılır. Bununla birlikte, elektro işlemi üzerinde daha iyi kontrol ve elde edilen elyaf özelliklerinin gereklidir electrospinnability yöneten mekanizmaların daha iyi anlaşılmasını sağlamak için. Bir dizi araştırmacı, iplik dop içinde polimerlerin molekül dolanması bir bizim için esastır buldukBaşarılı Elektrospinning 3 5 l önkoşuldur.
Reolojisi polimer dağılımlarına moleküler yapısını ve etkileşimi araştırmak için güçlü bir araçtır. Örneğin, McKee ve diğ. kloroform / dimetil tereftalat (7/3, h / h) içeren bir çözelti içinde lineer moleküler yapıya ve dallanmış poli (etilen tereftalat-ko-etilen izoftalat) kopolimerleri araştırılmıştır ve polimer konsantrasyonu 2-2.5x olması gerektiğini tespit Başarılı üretebilmektedir 4 dolanması konsantrasyonu.
Çünkü biyobozunurluk, biyouyumluluk ve vis-à-vis onların sentetik meslektaşları yenilenebirlik kendi avantajları biyopolimerlerden lifleri şu anda yenilenen ilgi var. Ancak uygulayıcılar ısıl işlem ve alt mekanik özelliklerinde yapısal karmaşıklık, zorluk genellikle kaynaklanan birçok sorunlarla karşı karşıya. Bitki dokularında bulunan nişasta, amon olduğug yeryüzünde en bol ve ucuz biopolimerlerden. Saf nişasta lifleri bir elektro-ıslak-bükme aparatı son 6 tarif edildi kullanılarak imal. Pullulan bazı bakteriler tarafından hücre dışı bir lineer polisakkarittir. (1 → 4) ve (1 → 6) düzenli almaşı glukosidik bağlar yeteneği 7,8 şekillendirme mükemmel lif / film dahil pullulan birkaç ayırıcı özelliklerinin, sorumlu olduğuna inanılmaktadır. Sulu dispersiyondan pullulan liflerin elektro araştırmacılar 9,10 bir dizi bildirilmiştir. Daha önceki yayınlarda iki biyopolimer, nişasta 11 ve pullulan 12 electrospinnability, tartışılmıştır. Bu rapor, bu iki Biyopolimerlerin electrospinnability soruşturmasında reolojik ilkelerini kullanan için protokol gösterilmesine yöneliktir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Reolojisi geleneksel fiber sıkma dahil olmak üzere ve 13 electrospinning polimerlerin işlenmesi incelemek için önemli bir araçtır. Devamlı kesme reolojik çalışmaları, konformasyon ve polimer, farklı çözücüler içinde etkileşimlerinde kaynaktan çözülebilir (Şekil 2 ve 3). Biyopolimeri molekülleri birbirleriyle örtüşen için yeterli değil, yüksek konsantrasyonlarda, konsantrasyon bağımlılığı iyi çözücü 3,4 diğer polimerler bildi…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma Gıda ve Tarım için USDA Ulusal Enstitüsü, Ulusal Rekabetçi Hibeler Programı, Ulusal Araştırma Girişimi Programı 71.1 FY 2007 tarafından kısmen finanse edilen Alerji ve Enfeksiyon Hastalıkları Hibe sayılı 2007-35503-18392 ve Ulusal Sağlık Enstitüleri, Enstitüsü gibi , 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 |
References
- Greiner, A., Wendorff, J. H. Functional self-assembled nanofibers by electrospinning. Self-aseembled nanomaterials. 1, 107-171 (2008).
- Ramakrishna, S., Fujihara, K., Teo, W. E., Lim, T. C., Ma, Z. . An Introduction to Electrospinning and Nanofibers. , (2005).
- Klossner, R. R., Queen, H. A., Coughlin, A. J., Krause, W. E. Correlation of Chitosan’s Rheological Properties and Its Ability to Electrospin. Biomacromolecules. 9 (10), 2947-2953 (2008).
- McKee, M. G., Wilkes, G. L., Colby, R. H., Long, T. E. Correlations of Solution Rheology with Electrospun Fiber Formation of Linear and Branched Polyesters. Macromolecules. 37 (5), 1760-1767 (2004).
- McKee, M. G., Hunley, M. T., Layman, J. M., Long, T. E. Solution rheological behavior and electrospinning of cationic polyelectrolytes. Macromolecules. 39 (2), 575-583 (2006).
- Kong, L., Ziegler, G. R. Fabrication of pure starch fibers by electrospinning. Food Hydrocolloids. 36, 20-25 (2014).
- Singh, R. S., Saini, G. K., Kennedy, J. F. Pullulan: microbial sources, production and applications. Carbohydrate Polymers. 73 (4), 515-531 (2008).
- Leathers, T. D. Biotechnological production and applications of pullulan. Applied Microbiology and Biotechnology. 62 (5), 468-473 (2003).
- Karim, M. R., Lee, H. W., et al. Preparation and characterization of electrospun pullulan/montmorillonite nanofiber mats in aqueous solution. Carbohydrate Polymers. 78 (2), 336-342 (2009).
- Stijnman, A. C., Bodnar, I., Hans Tromp, R. Electrospinning of food-grade polysaccharides. Food Hydrocolloids. 25 (5), 1393-1398 (2011).
- Kong, L., Ziegler, G. R. Role of molecular entanglements in starch fiber formation by electrospinning. Biomacromolecules. 13 (8), 2247-2253 (2012).
- Kong, L., Ziegler, G. R. Rheological aspects in fabricating pullulan fibers by electro-wet-spinning. Food Hydrocolloids. 38, 220-226 (2014).
- Han, C. D. . Fiber Spinning Rheology and Processing of Polymeric Materials: Volume 2: Polymer Processing. , 257-304 (2007).
- Morris, E. R., Cutler, A. N., Ross-Murphy, S. B., Rees, D. A., Price, J. Concentration and shear rate dependence of viscosity in random coil polysaccharide solutions. Carbohydrate Polymers. 1 (1), 5-21 (1981).
- Thompson, C. J., Chase, G. G., Yarin, A. L., Reneker, D. H. Effects of parameters on nanofiber diameter determined from electrospinning model. Polymer. 48 (23), 6913-6922 (2007).
