静电基础:优化解决方案和设备参数

摘要

静电技术，可以创建各种组织工程或其他应用程序的纳米纤维支架。我们在这里描述的程序，以优化电的解决方案和设备的参数，以获得所需的形态和排列的纤维。还介绍了常见问题和故障排除技术。

摘要

静电纳米纤维支架已经证明，加速成熟，提高增长，和直接的细胞在体外的迁移。静电是一个充电的聚合物喷射是接地的收藏家收集的过程;一个快速旋转对齐纤维收藏家的结果，而固定的收藏家在随机取向的纤维毡结果。聚合物喷射时形成一个应用的静电电荷克服了溶液的表面张力。是一个给定的聚合物的最低浓度，称为临界缠结浓度，低于不能达到一个稳定的飞机，没有纤维的形式 - 虽然纳米粒子可能会实现（电）。一个稳定的飞机有两个域，一个流段和段鞭笞。虽然鞭刑喷气机通常是肉眼看不到，流段通常是可见的，适当的照明条件下。观测流的长度，厚度，一致性和运动是有用的预测的路线和正在形成的纳米纤维的形态。短，不统一，不一致，和/或振荡流显示的各种问题，包括贫穷的光纤对准，钉珠，飞溅，花饰或波浪形图案。流可以通过调整解决方案的组成和电设备的配置进行了优化，从而优化路线和正在生产的纤维形态。在这个协议中，我们目前的程序，设立一个基本的静电设备，经验近似的聚合物解决方案的关键纠缠浓度和优化的静电纺丝的过程。此外，我们将讨论一些常见问题和故障排除技术。

方案

1。选择一种聚合物

1. 选择一种聚合物（如聚- L -乳酸（PLLA），聚己内酯（PCL），聚苯乙烯（PS）或尼龙）根据您的规格（例如，可生物降解的热塑性或交联）和溶剂，聚合物。选择合适的个人防护设备，根据您的选择。
2. 选择根据您的应用程序基材（如玻璃，塑料，金属或硅晶片）。

2。选择收集器

1. 选择集热器的几何形状，根据您的要求。随机的纤维可收集固定板。不结盟的纤维可以被收集在快速旋转的车轮，鼓或棒，或平行板。
2. 集热器必须是导电性和孤立的，它可以不也接地相邻的对象，表的顶部，等接地必须保持在这样一种方式阿克塞尔

3。接近临界纠缠浓度实证¹

1. 准备几个候选聚合物浓度（例如，4，10，15，20，30％）和流动（的解决方案应该是一种粘性液体，但没有一种凝胶体）开始，选择浓度。
2. 设置电设备^2,3,4,5（见图1）
   1. 装入注射器泵和泵的转速，如珠，任何解决方案的提示消灭立即更换。
   2. 地面的收藏家和剪辑的高压电线的导体板（导电材料，如铝箔通过注射器尖端突出的一个小广场）。
   3. 启动车轮旋转。
   4. 确保电源在开机前零。
3. 观察数据流
   1. 斜坡电压慢慢看解决针尖珠。
   2. 调整电压，以获得长期稳定的流。如果不能获得源源不断，调整了聚合物溶液的浓度。一个例子，请参阅表1。

4。疑难解答 - 流:

1. 无法查看流
   1. 使用的是深色亚光的背景下，地方一个单向的光源（如手电筒）之间的浏览器和流（见图2）。
2. 滴水注射器针尖
   1. 如果聚合物溶液滴落，没有车轮的吸引力直线下降，确保导体板与针尖接触和收藏家正与地面接触。
   2. 如果注射器尖端的聚合物溶液的下降是靠在车轮的方向，但没有形成一个流，增加电压。可以调整不同的距离和电压，直到源源不断流的质量。提出相应的电压为4％，PLLA的解决方案和一个8x8厘米的导体板距离，参见图3。
3. 在注射器针尖大的水珠
   1. 当聚合物溶液开始收集和变硬，尖的针，轻扫连接到一个非导电棒纸巾的​​glob。
4. 振荡或"摆"流
   当流是摆起来，迅速下降，降低电压或增加注射器针尖与车轮之间的距离。如果流继续WAG使用的聚合物浓度较高或较慢的蒸发增加一个小的溶剂。
5. 短期或间断流
   可见观察的接触轮在高速旋转速度的稳定流产量最高质量的统一性和调整。当流是短期和间断，增加聚合物溶液，添加更多的缓慢蒸发溶剂，调整电压将提高流的长度和稳定性。

5。疑难解答-纤维形态^6,7,8（参见图4）

1. 卷边
   当珠发现在纤维，增加聚合物溶液，并确保导体板用针不断接触和接地线刷轮连续接触。
2. 丝带和止血纤维
   纤维形成色带或出血一起时，使用浓度较高的聚合物或溶剂的蒸发率较高（更不稳定）。
3. 花饰或波浪状的纤维
   当纤维形成波浪或curlicues，增加车轮的转速或移动针尖进一步从集电极。此外，检查，导体板和收藏家不振动。
4. 孔隙率⁹
   如果毛孔都需要，使用迅速蒸发溶剂。如果不希望毛孔，尝试添加少量助溶剂，是低于主要溶剂挥发。
5. 对齐¹⁰
   当集热器是MOVING在低转速或休息时，对齐质量差。增加车轮的速度增加对齐。

6。代表性的成果:

请参考图4描绘典型的光纤结果。

图1一个典型的静电设置。聚合物溶液（蓝色）免除从注射泵（橙色）。一个高压直流电源（绿色）的理由一个快速旋转的轮子器（灰色）对齐纤维收集到。聚合物喷射注射器和集电极之间由一个稳定的流段和快速振荡的鞭打段。

图2流喷射可见退出注射器尖端;鞭刑喷气是太小，无法看到。

逼近的关键纠缠浓度的PLLA

聚乳酸（％WT / V）	观察	浓度调整
0.5	滴水;没有流	增加
2.0	随地吐痰的小水珠，没有流	Increse略有
4.0	川流不息	好
6.0	随地吐痰的大水珠或珠	略有下降
12.0	聚集在一角;没有流	减少

表1。一个例子描绘逼近的关键纠缠浓度的PLLA。各种聚合物浓度都试过了，和由此产生的流，直到源源不断观察喉获得。

图3。注射器针尖和集电极之间的距离必须与外加电压的平衡，以获得稳定的的流喷射。多余施加电压使振荡或"摆"喷气对齐纤维少，结果形成。当电压过低，没有飞机将形成从注射器尖端的解决方案只会滴。上面紫色的阴影区域代表一个稳定的流喷射注射器 - 集电极距离的函数，可用于聚乳酸获得的电压范围。

图4。纤维可以表现出各种形态，包括（一）串珠，缎带（二），curlicues（三），（四）多孔水珠，良好的对齐（E）和贫困对齐（F）的。

讨论

注意:这里大多数的例子介绍静电聚- L -乳酸（PLLA）纤维的处理。这完全是因为聚乳酸是在我们的实验室中最常用的纺聚合物。但是，我们也成功地使用这些方法来electrospin其他聚合物（如的PLGA，PCL，PS），并认为这里介绍的技术很容易适用于大多数中旬高分子量聚合物溶液。

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
高压直流电源	Gamma High Voltage	ES40P-5W
注射泵	KD Scientific	KDS100
铝箔	Reynolds Wrap
钝头金属针头，23号	Fisher Scientific	13-850-102
聚丙烯注射器	BD Biosciences	309585
旋转或固定收集器	定制
各种鳄鱼夹和导线
二甲基甲酰胺	Fisher Scientific	AC11622-0010
氯仿	Fisher Scientific	AC42355-0040
PLLA	Boehringer Ingeheim	Resomer L210
PLGA 85:15	Sigma-Aldrich	43471
导电碳胶带	Ted Pella, Inc.	13073-1