Name: פתרון סחיטה של סיבים ננו-מרוכבים פולימריים לציוד מגן אישי (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-03-18T15:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 8 s
Description: למדו את פרוטוקול סיבי הננו-מרוכבים הפולימריים לציוד מגן אישי באמצעות שיטת solution blow spinning. השיטה מאפשרת שילוב ננו-חלקיקים של תחמוצת ברזל במטריצת פולימר SBS לשיפור תכונות החומר.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

המחברים מבקשים להודות למר דווייט ד. בארי על תרומתו החשובה לייצור מנגנון ספינינג הפתרון. זואיס צינאס ורן טאו רוצים להכיר במימון מהמכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה תחת פרסים # 70NANB20H007 ו # 70NANB15H112, בהתאמה.

הערה: פרטים הקשורים לציוד, למכשור ולכימיקלים המשמשים בסעיף זה ניתן למצוא בטבלת החומרים. כל הפרוטוקול הזה צריך להיבדק ולאשר תחילה על ידי מחלקת הבטיחות המוסדית/כוח אדם כדי לוודא שהנהלים והתהליכים הספציפיים למוסד נשמרים.
1. הכנת תמיסת פולימר באמצעות הממס המתאים
הערה: התייעץ עם גיליונות נתוני בטיחות של היצרן/הספק ועם מחלקת הבטיחות/כוח האדם של המוסד בנוגע לציוד מגן אישי (PPE) מתאים לשימוש עם כל כימיקל/חומר.
<ol><li>השתמשו במרית מעבדה קטנה ונקייה, והעבירו את הכמות הרצויה (למשל, ~2 גרם) של פולימר יבש (פולי(סטירן-בוטאדיאן-סטירן)) לבקבוקון זכוכית בורוסיליקט נקי וריק של 20 מ"ל. אטמו את הבקבוקון, ואחסנו בתנאי מעבדה. הערה: הריכוז שנבחר עבור פולי(סטירן-בוטאדיאן-סטירן) בטטרהידרופורן (THF) היה כ-200 מ"ג/מ"ל. ריכוז זה משמש כדוגמה לאורך כל הפרוטוקול הזה; הריכוז האופטימלי יהיה תלוי במערכת הפולימר/ממס שבה נעשה שימוש.</li>
	<li>מעבירים את בקבוקון הזכוכית בורוסיליקט המכיל את דגימת הפולימר למכסה אדים כימי, ופיפטה 10 מ"ל ± 0.1 מ"ל של הממס הרצוי, במקרה זה THF, לתוך הבקבוקון כדי להשיג את הריכוז הרצוי של 200 מ"ג/מ"ל.</li>
	<li>אטמו את מיכל הממס (THF) והעבירו אותו לארון האחסון. מכסים את בקבוקון זכוכית הבורוסיליקט המכיל את דגימת הפולימר/ממס עם המכסה המסופק, ומרכיבים אותו בזהירות על מיקסר/מסובב.</li>
	<li>יש להתסיס את התערובת בטמפרטורת החדר באמצעות סיבוב ב-70 סל"ד עד שהפולימר מתמוסס במלואו בממס. הערה: התמיסה נראית ברורה ושקופה לאחר כ-60 דקות, ומציינת פירוק פולימרי מלא.</li>
	<li>מעבירים את התמיסה למזרק זכוכית בורוסיליקט של אנליזת גזים מומסים (DGA) עבור SBS. הערה: ניתן לאחסן תמיסות פולימריות ולהשתמש בהן עד 72 שעות, בתנאי שבקבוקון הזכוכית של בורוסיליקט סגור היטב, והפתח עטוף באמצעות סרט שעווה פרפין. עם זאת, הפתרונות חייבים להיות נסערים שוב לפני ביצוע SBS.</li>
</ol>2. קביעת ריכוז פולימרים חפיפה קריטית על ידי מדידת צמיגות
הערה: שלב זה מסופק כאן כדי לקבוע את ריכוז הפולימר החפיפה הקריטי, שהוא פרמטר חשוב המשפיע על איכות הסיבים הכוללת והמורפולוגיה לאחר SBS. עיין בתוצאות המייצגות ובקטעי הדיון לקבלת פרטים.
<ol><li>יש להכין שמונה ריכוזים נומינליים (1 מ"ג/מ"ל, 3 מ"ג/מ"ל, 5 מ"ג/מ"ל, 10 מ"ג/מ"ל, 20 מ"ג/מ"ל, 30 מ"ג/מ"ל, 40 מ"ג/מ"ל, 50 מ"ג/מ"ל) של תמיסת הפולימר ב-THF בנפח משוער של 10 מ"ל. בצע את אותו הליך כמו בשלבים 1.1 ו- 1.2 כדי להכין את הפתרונות.</li>
	<li>הכינו את הראומטר למדידות. הערה: יש לבצע בדיקות כיול ואימות שגרתיות עבור מומנט, כוח רגיל וזווית פאזה בראוף לפני הליך ההתקנה הבא.<ol><li>התקן את התקן בקרת הסביבה על rheometer לבקרת טמפרטורה.</li>
		<li>התקן את הגיאומטריה הראומטרית, כלומר, צילינדרים קונצנטריים שקועים על הריאומטר. ראשית, הכנס והתקן את הגיאומטריה התחתונה () להתקן הבקרה הסביבתית ולאחר מכן את הגיאומטריה העליונה (בוב) על פיר המתמר.</li>
		<li>הפעל כוח ומומנט רגילים באמצעות מסך המגע של לוח המחוונים. אפס את הפער הגיאומטרי באמצעות פונקציית בקרת הפער של תוכנת הריאומטר. הרם את הבמה כדי לספק מספיק מקום לטעינת דגימה.</li>
	</ol></li>
	<li>טען את תמיסת הפולימר לתוך הכוס באמצעות פיפטה זכוכית בורוסיליקט חד פעמית באיכות גבוהה (נפח דגימה מינימלי עבור הגיאומטריה ~ 7 מ"ל). הגדר את המרווח למרווח ההפעלה (3.6 מ"מ) עבור המדידה.</li>
	<li>בצע בדיקת טאטוא קצב גזירה מכ-10 s-1 עד 100 s-1 בטמפרטורה של כ-25 °C. הפעל את פונקציית חישת המצב היציב בתוכנת rheometer.</li>
	<li>ייצא את טבלת התוצאות וחשב את הערך הממוצע של צמיגות הגזירה היציבה.</li>
	<li>התווה את ערכי הצמיגות הממוצעים כפונקציה של ריכוז הפולימרים.</li>
</ol>3. הכנת תמיסת פולימר/פיזור ננו-חלקיקים
הערה: כדי להכין תמיסת פולימר עם תוספת ננו-חלקיקים (NPs), עבוד בתוך מכסה מנוע ננו-מארז (בעל יעילות גבוהה-חלקיקים-מסוננים-אוויר).
<ol><li>השתמשו במרית מעבדה קטנה ונקייה, ושקלו את הכמות הנדרשת (למשל, ~0.01 גרם) של אבקת NP יבשה, למשל, תחמוצת ברזל (Fe3O4) NPs, לתוך בקבוקון זכוכית בורוסיליקט נקי של 20 מ"ל.</li>
	<li>הוסיפו את הנפח הרצוי (למשל, 10 מ"ל) של ממס (למשל, THF) באמצעות פיפטה חד פעמית מזכוכית בורוסיליקט, וסגרו את בקבוקון הזכוכית בורוסיליקט המכיל את תערובת NPs/ממס באמצעות המכסה המסופק.</li>
	<li>מעבירים את הדגימה למערבל מערבולות, ומתסיסים היטב בטמפרטורת החדר ב-3,000 סל"ד עד שה-NPs כבר לא נראים בתחתית הבקבוקון. מעבירים מיד את הבקבוקון עם הדגימה לסוניק אמבטיה כדי להבטיח פיזור מלא של הננו-חלקיקים. כדי למנוע התחממות דגימה, סוניקו את הפיזור במרווחים של ~ 30 דקות, תוך המתנה של 2-5 דקות בין כל שלב סוניקציה.</li>
	<li>לאחר מכן, בעבודה בתוך מכסה מנוע כימי, שקלו והוסיפו את הכמות הרצויה (למשל, ~2 גרם) של פולימר (למשל, סטירן-בוטאדיאן-סטירן-בלוק-קו-פולימר) לפיזור NP. אטמו את בקבוקון הזכוכית בורוסיליקט עם המכסה המסופק, והרכיבו אותו היטב על מסובב לערבוב ב-70 סל"ד בטמפרטורת החדר.</li>
	<li>יש לערבב היטב את דגימת הפולימר/NPs/ממס במשך כ-60 דקות, או עד שהפולימר מומס במלואו. הערה: לאחר הערבוב, הדגימה מופיעה כנוזל צמיג עם NPs מפוזרים באופן אחיד, ולא נראים אגרגטים או משקעים גדולים.</li>
	<li>לבסוף, העבירו את התערובת למזרק זכוכית בורוסיליקט DGA עבור SBS. הערה: לא מומלץ לאחסן את תמיסות ה-NP הפולימריות לפני SBS עקב אגירה פוטנציאלית או ערעור היציבות של הפיזור.</li>
</ol>4. תהליך ספינינג מכה פתרון (SBS)
הערה: PPE מוצע לתהליך זה כולל משקפי מגן, ציפוי מעבדה וכפפות ניטריל; אלה צריכים להיות donned לפני הקמת מנגנון SBS. ההתקנה והתהליך צריכים להתבצע בתוך מכסה מנוע כימי. מנגנון ה- SBS מורכב מיחידת מברשת אוויר מסחרית המצוידת בזרבובית פנימית של 0.3 מ"מ (לתמיסת הפולימר) ופתח ראש של 1 מ"מ (עבור הגז), מערכת משאבות מזרק, אספן, גליל גז חנקן בלחץ (N2) ומארז אלומיניום. הזרבובית הפנימית בולטת כ-0.5 מ"מ מפתח הראש של מברשת האוויר. פרטים על מערך ה-SBS מופיעים באיור 1.
<ol><li>ראשית, כוונן את הגובה והזווית של מברשת האוויר כך שיתיישרו עם מרכז המצע שנבחר (מגלשת מיקרוסקופ זכוכית) המחובר לאספן, והצמיד אותו למקומו. ודאו כי בלון הגז מאובטח כראוי לתלייה על הקיר. לאחר מכן, חבר את כניסת הגז של מברשת האוויר לבלון הגז בלחץ N2 .</li>
	<li>הפעל את השסתום הראשי על בלון הגז, והתאם באיטיות את הלחץ באמצעות שסתום וסת הגז המחובר תוך ניטור מד הלחץ כדי להשיג את הזרימה הרצויה. ודא שיש זרימה חופשית ללא הפרעה דרך המערכת, והקשב היטב לכל דליפת גז פוטנציאלית בנקודות החיבור. השתמש בתמיסת סבון ומים כדי להמשיך לחקור דליפות פוטנציאליות, ובמידת הצורך, החל סרט פוליטטרה-פלואורואתילן (PTFE) על האביזרים כדי למנוע דליפות. כאשר זרימת הגז מותאמת כראוי, סגור את השסתום הראשי על גליל הגז כדי לעצור את זרימת הגז.</li>
	<li>אבטח את המצע על האספן באמצעות הסגן המאובזר. התאימו את גובה הקולט כך שיתאים בניצב לכיוון הריסוס ולתבנית של מברשת האוויר, כך שהחומר יופקד על המצע.</li>
	<li>לאחר מכן, החלק את הקולט למקומו הרחוק ביותר הרחק מפיית מברשת האוויר כדי לסייע בזיהוי מרחק העבודה האופטימלי (הפרדה בין זרבובית למצע) בשלבים הבאים.</li>
	<li>בעבודה בתוך מכסה המנוע הכימי, מעבירים בזהירות את תערובת הפולימר / NPs / ממס מוכן מבקבוקון זכוכית בורוסיליקט למזרק זכוכית בורוסיליקט DGA בגודל 10 מ"ל המצויד במחט נירוסטה.</li>
	<li>הסר את כל בועות האוויר מהדגימה על ידי החזקת המזרק כשהמחט מצביעה כלפי מעלה, הקשה על המזרק בעדינות ולחיצה איטית על הבוכנה כדי לעקור את עודפי האוויר. נתקו את המחט, וחברו את המזרק ליחידת משאבת המזרק. אבטחו את המזרק וחברו את צינורות ה-PTFE המגיעים משקע המזרק לכניסת המברשת המתאימה.</li>
	<li>לאחר מכן, בחר את קצב ההזרקה הרצוי מתפריט יחידת משאבת המזרק (למשל, 0.5 מ"ל לדקה), ופתח באיטיות את השסתום הראשי על גליל הגז N 2 כדי לאפשר ל- N2 לזרום דרך מברשת האוויר. יש להפעיל מיד את יחידת משאבת המזרק כדי לפזר את תערובת הפולימרים/NPs/ממסים, ולהתחיל את תהליך הריסוס.</li>
	<li>הקפידו על דפוס הריסוס בזרבובית הריסוס, וודאו שאין סתימות או סתימות חלקיות. בהדרגה להגדיל או להקטין את קצב ההזרקה עד שהתמיסה מרססת בחופשיות. הערה: שיעורי הזרקה נמוכים מאוד או גבוהים נוטים לסתימה. קצב ההזרקה האופטימלי הוא פונקציה של צמיגות התמיסה וייתכן שיהיה צורך להתאים אותו לריכוזים גבוהים או נמוכים של תמיסת פולימר.</li>
	<li>לאחר מכן, התאם את מיקום הקולט למרחק העבודה הרצוי עבור מערכת הפולימר/ממס המשמשת לאידוי הממס על ידי החלקתו לכיוון מברשת האוויר עד להפקדת החומר על המצע. הערה: אם הקולט קרוב מדי לזרבובית התרסיס של מברשת האוויר, זמן אידוי לא מספיק יגרום להפקדת תמיסת פולימר נוזלי על המצע. אם האספן רחוק מדי, מוגבל מאוד או לא יופקד חומר על המצע. עבור תמיסות פולי(סטירן-בוטאדיאן-סטירן) ב-THF, מרחק העבודה המתאים הוא בין 8 ס"מ ל-12 ס"מ.</li>
	<li>כאשר כמות החומר הרצויה מופקדת על המצע, לעצור את יחידת משאבת מזרק הראשון, ולאחר מכן מיד לסגור את השסתום הראשי על גליל גז N2 .</li>
</ol>5. ניתוח של מחצלות סיבי SBS על ידי SEM
<ol><li>השתמש במעיל sputter כדי לצפות את מחצלות הסיבים בחומר מוליך כגון Au/Pd כדי למתן את השפעות הטעינה של פני השטח מתחת לקרן האלקטרונים. הערה: עובי ציפוי של 4-5 ננומטר יספיק.</li>
	<li>טען את דגימות מחצלת הסיבים לתוך SEM, וצלם אותן באמצעות מתח מואץ של 2-5 kV וזרם של 0.1-0.2 nA. החילו את הגדרות נטרול הטעינה כדי לנטרל את אפקטי הטעינה במידת הצורך.</li>
	<li>השתמש בגלאי אלקטרונים משני, או גלאי אלקטרונים אחוריים, כדי ללכוד תכונות שונות של חומרי הסיבים.</li>
	<li>השתמש בגלאי פיזור אנרגיה (EDS) כדי להפריד את קרני הרנטגן האופייניות של אלמנטים שונים לספקטרום אנרגיה שיאפשר לקבוע את נוכחות הברזל (Fe), המעיד על NPs תחמוצת ברזל המשובצים בתוך מחצלות הסיבים הפולימריים.</li>
</ol>

<ol><li>Lee, B. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Penetration+failure+mechanisms+of+armor-grade+fiber+composites+under+impact%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Composite+Materials%22%5BJournal%5D)">Penetration failure mechanisms of armor-grade fiber composites under impact.</a> Journal of Composite Materials. 35 (18), 1605-1633 (2001).</li>
<li>Prevorsek, D. C., Kwon, Y. D., Chin, H. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Analysis+of+the+temperature+rise+in+the+projectile+and+extended+chain+polyethylene+fiber+composite+armor+during+ballistic+impact+and+penetration%5BTitle%5D)+AND+%22Polymer+Engineering+and+Science%22%5BJournal%5D)">Analysis of the temperature rise in the projectile and extended chain polyethylene fiber composite armor during ballistic impact and penetration.</a> Polymer Engineering and Science. 34 (2), 141-152 (1994).</li>
<li>U.S. Patent. , 7,148,162 (2006).</li>
<li>U.S. Patent. , 5,437,905 (1995).</li>
<li>Flexible multi-layered armor. Patent No. WO/1989. , 001125 (1989).</li>
<li>Cena, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((BSCCO+superconductor+micro%2Fnanofibers+produced+by+solution+blow-spinning+technique%5BTitle%5D)+AND+%22Ceramics+International%22%5BJournal%5D)">BSCCO superconductor micro/nanofibers produced by solution blow-spinning technique.</a> Ceramics International. 43 (10), 7663-7667 (2017).</li>
<li>Miller, C. L., Stafford, G., Sigmon, N., Gilmore, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Conductive+nonwoven+carbon+nanotube-PLA+composite+nanofibers+towards+wound+sensors+via+solution+blow+spinning%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Transactions+on+Nanobioscience%22%5BJournal%5D)">Conductive nonwoven carbon nanotube-PLA composite nanofibers towards wound sensors via solution blow spinning.</a> IEEE Transactions on Nanobioscience. 18 (2), 244-247 (2019).</li>
<li>Iorio, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Conformational+changes+on+PMMA+induced+by+the+presence+of+TiO+2+nanoparticles+and+the+processing+by+Solution+Blow+Spinning%5BTitle%5D)+AND+%22Colloid+and+Polymer+Science%22%5BJournal%5D)">Conformational changes on PMMA induced by the presence of TiO 2 nanoparticles and the processing by Solution Blow Spinning.</a> Colloid and Polymer Science. 296 (3), 461-469 (2018).</li>
<li>Martínez-Sanz, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Antimicrobial+poly+%28lactic+acid%29-based+nanofibres+developed+by+solution+blow+spinning%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Nanoscience+and+Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Antimicrobial poly (lactic acid)-based nanofibres developed by solution blow spinning.</a> Journal of Nanoscience and Nanotechnology. 15 (1), 616-627 (2015).</li>
<li>Wang, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Highly+flexible+indium+tin+oxide+nanofiber+transparent+electrodes+by+blow+spinning%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Materials+and+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Highly flexible indium tin oxide nanofiber transparent electrodes by blow spinning.</a> ACS Applied Materials and Interfaces. 8 (48), 32661-32666 (2016).</li>
<li>Greenhalgh, R. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hybrid+sol-gel+inorganic%2Fgelatin+porous+fibres+via+solution+blow+spinning%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Materials+Science%22%5BJournal%5D)">Hybrid sol-gel inorganic/gelatin porous fibres via solution blow spinning.</a> Journal of Materials Science. 52 (15), 9066-9081 (2017).</li>
<li>Gonzalez-Abrego, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mesoporous+titania+nanofibers+by+solution+blow+spinning%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Sol-Gel+Science+and+Technology%22%5BJournal%5D)">Mesoporous titania nanofibers by solution blow spinning.</a> Journal of Sol-Gel Science and Technology. 81 (2), 468-474 (2017).</li>
<li>Oliveira, J. E., Zucolotto, V., Mattoso, L. H., Medeiros, E. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multi-walled+carbon+nanotubes+and+poly+%28lactic+acid%29+nanocomposite+fibrous+membranes+prepared+by+solution+blow+spinning%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Nanoscience+and+Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Multi-walled carbon nanotubes and poly (lactic acid) nanocomposite fibrous membranes prepared by solution blow spinning.</a> Journal of Nanoscience and Nanotechnology. 12 (3), 2733-2741 (2012).</li>
<li>Medeiros, E. S., Glenn, G. M., Klamczynski, A. P., Orts, W. J., Mattoso, L. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Solution+blow+spinning%3A+A+new+method+to+produce+micro-and+nanofibers+from+polymer+solutions%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Polymer+Science%22%5BJournal%5D)">Solution blow spinning: A new method to produce micro-and nanofibers from polymer solutions.</a> Journal of Applied Polymer Science. 113 (4), 2322-2330 (2009).</li>
<li>Vasireddi, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Solution+blow+spinning+of+polymer%2Fnanocomposite+micro-%2Fnanofibers+with+tunable+diameters+and+morphologies+using+a+gas+dynamic+virtual+nozzle%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">Solution blow spinning of polymer/nanocomposite micro-/nanofibers with tunable diameters and morphologies using a gas dynamic virtual nozzle.</a> Scientific Reports. 9 (1), 1-10 (2019).</li>
<li>Tutak, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+support+of+bone+marrow+stromal+cell+differentiation+by+airbrushed+nanofiber+scaffolds%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">The support of bone marrow stromal cell differentiation by airbrushed nanofiber scaffolds.</a> Biomaterials. 34 (10), 2389-2398 (2013).</li>
<li>Daristotle, J. L., Behrens, A. M., Sandler, A. D., Kofinas, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+review+of+the+fundamental+principles+and+applications+of+solution+blow+spinning%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Materials+and+Interfaces%22%5BJournal%5D)">A review of the fundamental principles and applications of solution blow spinning.</a> ACS Applied Materials and Interfaces. 8 (51), 34951-34963 (2016).</li>
<li>Hofmann, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microfluidic+nozzle+device+for+ultrafine+fiber+solution+blow+spinning+with+precise+diameter+control%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Microfluidic nozzle device for ultrafine fiber solution blow spinning with precise diameter control.</a> Lab on a Chip. 18 (15), 2225-2234 (2018).</li>
<li>Behrens, A. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+situ+deposition+of+PLGA+nanofibers+via+solution+blow+spinning%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Macro+Letters%22%5BJournal%5D)">In situ deposition of PLGA nanofibers via solution blow spinning.</a> ACS Macro Letters. 3 (3), 249-254 (2014).</li>
<li>Vural, M., Behrens, A. M., Ayyub, O. B., Ayoub, J. J., Kofinas, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sprayable+elastic+conductors+based+on+block+copolymer+silver+nanoparticle+composites%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Sprayable elastic conductors based on block copolymer silver nanoparticle composites.</a> ACS Nano. 9 (1), 336-344 (2015).</li>
<li>Srinivasan, S., Chhatre, S. S., Mabry, J. M., Cohen, R. E., McKinley, G. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Solution+spraying+of+poly+%28methyl+methacrylate%29+blends+to+fabricate+microtextured%2C+superoleophobic+surfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Polymer%22%5BJournal%5D)">Solution spraying of poly (methyl methacrylate) blends to fabricate microtextured, superoleophobic surfaces.</a> Polymer. 52 (14), 3209-3218 (2011).</li>
<li>Flory, P. J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aFlory%2C+PJ+%22Principles+of+polymer+chemistry%22">Principles of polymer chemistry</a>. , Cornell University Press. (1953).</li>
<li>Palangetic, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dispersity+and+spinnability%3A+Why+highly+polydisperse+polymer+solutions+are+desirable+for+electrospinning%5BTitle%5D)+AND+%22Polymer%22%5BJournal%5D)">Dispersity and spinnability: Why highly polydisperse polymer solutions are desirable for electrospinning.</a> Polymer. 55 (19), 4920-4931 (2014).</li>
<li>Ying, Q., Chu, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Overlap+concentration+of+macromolecules+in+solution%5BTitle%5D)+AND+%22Macromolecules%22%5BJournal%5D)">Overlap concentration of macromolecules in solution.</a> Macromolecules. 20 (2), 362-366 (1987).</li>
<li>Haro-Pérez, C., Andablo-Reyes, E., Díaz-Leyva, P., Arauz-Lara, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microrheology+of+viscoelastic+fluids+containing+light-scattering+inclusions%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+E%22%5BJournal%5D)">Microrheology of viscoelastic fluids containing light-scattering inclusions.</a> Physical Review E. 75 (4), 041505(2007).</li>
<li>Thiele, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Early+development+drug+formulation+on+a+chip%3A+Fabrication+of+nanoparticles+using+a+microfluidic+spray+dryer%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Early development drug formulation on a chip: Fabrication of nanoparticles using a microfluidic spray dryer.</a> Lab on a Chip. 11 (14), 2362-2368 (2011).</li>
<li>Zhao, J., Xiong, W., Yu, N., Yang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Continuous+jetting+of+alginate+microfiber+in+atmosphere+based+on+a+microfluidic+chip%5BTitle%5D)+AND+%22Micromachines%22%5BJournal%5D)">Continuous jetting of alginate microfiber in atmosphere based on a microfluidic chip.</a> Micromachines. 8 (1), 8(2017).</li>
<li>Jun, Y., Kang, E., Chae, S., Lee, S. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microfluidic+spinning+of+micro-and+nano-scale+fibers+for+tissue+engineering%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Microfluidic spinning of micro-and nano-scale fibers for tissue engineering.</a> Lab on a Chip. 14 (13), 2145-2160 (2014).</li>
<li>Weng, B., Xu, F., Salinas, A., Lozano, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mass+production+of+carbon+nanotube+reinforced+poly+%28methyl+methacrylate%29+nonwoven+nanofiber+mats%5BTitle%5D)+AND+%22Carbon%22%5BJournal%5D)">Mass production of carbon nanotube reinforced poly (methyl methacrylate) nonwoven nanofiber mats.</a> Carbon. 75, 217-226 (2014).</li>
<li>Barton, A. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Solubility+parameters%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Reviews%22%5BJournal%5D)">Solubility parameters.</a> Chemical Reviews. 75 (6), 731-753 (1975).</li>
</ol>

התיאור המלא של ההליכים המשמשים במאמר זה מחייב זיהוי של מוצרים מסחריים מסוימים וספקיהם. אין לפרש את הכללתו של מידע כזה כמצביעה על כך שמוצרים או ספקים אלה מאושרים על ידי NIST או מומלצים על ידי NIST או שהם בהכרח החומרים, המכשירים, התוכנה או הספקים הטובים ביותר למטרות המתוארות.

השיטה המתוארת כאן מספקת פרוטוקול לייצור מחצלות סיבים ננו-קומפוזיטים של אלסטומר פולימרי באמצעות טכניקה חדשה יחסית המכונה סיבוב תמיסה. טכניקה זו מאפשרת ייצור של סיבים בקנה מידה ננומטרי ויש לה מספר יתרונות על פני טכניקות מבוססות אחרות, כגון תהליך electrospinning, כפי שהוא יכול להתבצע תחת לחץ אטמוספרי וטמפרטורת החדר27. יתר על כן, SBS אינו רגיש במיוחד לשינויים סביבתיים מקומיים (טמפרטורה או לחות) ואינו דורש כימיקלים קשים או רעילים, וגם לא שיפוע מתח גבוה, אשר מועיל בעת עבודה עם מערכות ביולוגיות 17,19,28,...

מערכות שריון קלות משקל, בליסטיות ומגנות רבות נבנות כיום באמצעות סיבים פולימריים בעלי מודולוס גבוה וחוזק גבוה, כגון סיבי פוליאתילן בעלי מסה טוחנת גבוהה במיוחד או ארמידים, המספקים התנגדות בליסטית יוצאת דופן 1,2. סיבים אלה משמשים בשילוב עם חומר שרף אלסטי (קושר) שיכול לחדור לרמת החוט ולאבטח את הסיבים בתצורה של 0°/90° ליצירת למינציה לא ארוגה וחד-כיוונית. אחוז שרף האלסטומר הפולימרי (קושר) לא יעלה על 13% מהמשקל הכולל של הלמינציה החד-כיוונית כדי לשמור על השלמות המבנית והתכונות האנטי-בליסטיות של מבנה הלמינציה 3,4. הקלסר הוא מרכיב חשוב מאוד בשריון מכיוון שהוא שומר על הסיבים בעלי החוזק הגבוה מכוונים כראוי וארוזים היטב בתוך כל שכבת למינציה3. לחומרים אלסטומרים המשמשים בדרך כלל כחומרים מקשרים ביישומי שריון גוף יש מודולוס מתיחה נמוך מאוד (למשל, ~ 17.2 MPa ב ~ 23 ° C), טמפרטורת מעבר זכוכית נמוכה (רצוי מתחת ל -50 ° C), התארכות גבוהה מאוד בהפסקה (עד 300%) ועליהם להפגין תכונות דבק מצוינות5.
כדי לשפר את הביצועים של אלסטומרים פולימריים אלה, SBS בוצע כדי ליצור חומרים אלסטומרים סיביים שיכולים לשמש כקלסרים ביישומי שריון גוף. SBS היא טכניקה חדשה יחסית, רב-תכליתית המאפשרת שימוש במערכות פולימרים/ממסים שונות ויצירת מוצרים סופיים שונים 6,7,8,9,10,11,12,13. תהליך פשוט זה כולל תצהיר מהיר (פי 10 מקצב האלקטרוספינינג) של סיבים קונפורמיים על מצעים מישוריים ולא מישוריים כאחד כדי לייצר יריעות או רשתות של סיבים המקיפים ננו-ומיקרו אורך בקני מידה של 14,15,16,17,18. לחומרי SBS יש יישומים רבים במוצרים רפואיים, מסנני אוויר, ציוד מגן, חיישנים, אלקטרוניקה אופטית וזרזים14,19,20. פיתוח סיבים בקוטר קטן יכול להגדיל באופן דרסטי את שטח הפנים ליחס נפח, וזה חשוב מאוד עבור מספר יישומים, במיוחד בתחום ציוד המגן האישי. הקוטר והמורפולוגיה של הסיבים הנוצרים על ידי SBS תלויים במסה הטוחנת של הפולימר, ריכוז הפולימרים בתמיסה, צמיגות התמיסה, קצב זרימת התמיסה הפולימרית, לחץ הגז, מרחק העבודה וקוטר פיית הריסוס14,15,17.
מאפיין חשוב של מנגנון SBS הוא זרבובית הריסוס המורכבת מפיה חיצונית פנימית וקונצנטרית. הפולימר המומס בממס נדיף נשאב דרך הזרבובית הפנימית בעוד גז בלחץ זורם דרך הזרבובית החיצונית. הגז בעל המהירות הגבוהה היוצא מהזרבובית החיצונית גורם לגזירה של תמיסת הפולימר הזורמת דרך הזרבובית הפנימית. זה מאלץ את התמיסה ליצור צורה חרוטית בעת היציאה מפיית הריסוס. כאשר מתגברים על מתח הפנים בקצה החרוט, נפלט זרם עדין של תמיסה פולימרית, והממס מתאדה במהירות וגורם לגדילים פולימריים להתגבש ולהשקע כסיבי פולימר. היווצרות מבנה סיבי, כאשר הממס מתאדה, תלויה מאוד במסה הטוחנת הפולימרית ובריכוז התמיסה. סיבים נוצרים על ידי הסתבכות שרשרת, כאשר שרשראות פולימריות בתמיסה מתחילות לחפוף בריכוז המכונה ריכוז החפיפה הקריטי (c*). לכן, יש צורך לעבוד עם תמיסות פולימריות מעל c* של מערכת הפולימרים/ממסים שנבחרה. כמו כן, אסטרטגיה קלה להשיג זאת היא לבחור פולימרים עם מסה טוחנת גבוהה יחסית. לפולימרים בעלי מסה טוחנת גבוהה יותר יש זמני הרפיה גבוהים יותר של הפולימרים, מה שקשור ישירות לעלייה בהיווצרות מבנים סיביים, כפי שמתואר בספרות21. מכיוון שרבים מהפרמטרים המשמשים ב- SBS מתואמים מאוד, מטרת עבודה זו היא לספק הדרכה לפיתוח ננו-קומפוזיטים של סיבים פולימריים הניתנים לכוונון, גמישים שישמשו כחלופות לחומרים קושרים טיפוסיים הנמצאים ביישומי שריון גוף על ידי שילוב ננו-חלקיקים במטריצת פולימר-אלסטומר סיבית.

<table><tbody><tr><td>יצרנית כלים 45 מ"מ Vise</td><td>Tormach Inc.</td><td>32547</td><td>כדי לאבטח את המצע על הקולט</td></tr><tr><td>ARES-G2 ריאומטר</td><td>TA Instruments</td><td>401000.501</td><td>ריאומטר</td></tr><tr><td>ברנסון אולטרסאונד M Series - אמבט ניקוי אולטרסאונד</td><td>פישר סיינטיפיק</td><td>15-336-100</td><td>לפיזור ננו-חלקיקים</td></tr><tr><td>מדע הקצב&nbsp; מזרק להחלפה Micro-Mate</td><td>פישר סיינטיפיק</td><td>14-825-2A</td><td>מזרק זכוכית 5 מ"ל ב-1/5 מ"ל, מכסה מנוע כימי עם קצה מנעול</td></tr><tr><td></td><td>Luer כל חברה</td><td></td><td></td></tr><tr><td>קורנינג - חד פעמי פסטר זכוכית פיפטה</td><td>סיגמא אולדריץ'</td><td>CLS7095D5X-200EA</td><td>לא סטרילי</td></tr><tr><td>DWK מדעי החיים&nbsp; Wheaton - בקבוקון נצנוץ זכוכית</td><td>פישר סיינטיפיק</td><td>03-341-25G</td><td>20 מ"ל עם מכסה</td></tr><tr><td>FEI Quanta 200 מיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM)</td><td>FEI</td><td></td><td>לדגימות הדמיה</td></tr><tr><td>ננו-אבקת תחמוצת ברזל/ננו-חלקיקים</td><td>US Research Nanomaterials, inc.</td><td>US3320</td><td>Fe3O4, 98%, 20-3- ננומטר, מצופה שמן סיליקון</td></tr><tr><td>KD Scientific Legato 100 משאבת מזרק יחיד</td><td>Sigma Aldrich</td><td>Z401358-1EA</td><td>משאבת עירוי מזרק</td></tr><tr><td>יחיד מאסטר איירבראש - דגם S68</td><td>TCP Global</td><td>MAS S68</td><td>קוטר זרבובית/מחט: 0.35 מ"מ</td></tr><tr><td>Mettler Toledo AB265-S/FACT Scale</td><td>Cole-Parmer Scientific</td><td>EW-11333-14</td><td>לשקילת פולימר ו&nbsp; ננו-חלקיקים</td></tr><tr><td>N2 גז ווסת כל</td><td>חברה</td><td></td><td></td></tr><tr><td>ננו-מארז</td><td>כל חברה</td><td></td><td></td></tr><tr><td>מיקרוסקופיה אופטית זכוכית שקופיות</td><td>פישר סיינטיפיק</td><td>12-550-A3</td><td>משמש כמצע לתצהיר מחצלת סיבים</td></tr><tr><td>OSP מחורץ בוב, 33 מ"מ</td><td>TA Instruments</td><td>402796.902</td><td>בוב, גיאומטריה עליונה</td></tr><tr><td>OSP מחורץ כפול פער, 34 מ"מ</td><td>TA מכשירים</td><td>402782.901</td><td>קיר כפולה, גיאומטריה תחתונה</td></tr><tr><td>אוקספורד BenchMate מיקסר מערבולת דיגיטלית</td><td>פיפטה</td><td>VM-D</td><td>מדורג עד 4,200 סל"ד, לפתרונות ערבוב</td></tr><tr><td>אוקספורד Benchmate צינור רולר</td><td>פיפטה</td><td>OTR-24DR</td><td>מערבל/מסובב לדוגמא</td></tr><tr><td>פוליסטירן-בלוק-פוליבוטאדיאן-בלוק-פוליסטירן</td><td>סיגמא אולדריץ'</td><td>432490-1KG</td><td>סטירן 30 wt. %, Mw ~ 185,000 גרם/מול</td></tr><tr><td>SEM Pin Stub דגימה הר</td><td>טד פלה בע"מ</td><td>16119</td><td>קוטר 18 מ"מ x גובה 8 מ"מ</td></tr><tr><td>מרית</td><td>VWR</td><td>82027-532</td><td>לטעינת חומרי בדיקה</td></tr><tr><td>Tetrahydrofuran (THF)</td> <td>Fisher Scientific</td><td>T425-1</td><td>ממס, HPLC כיתה</td></tr><tr><td>TRIOS</td><td>TA Instruments</td><td>v4.3.1.39215</td><td>תוכנת ריאומטר</td></tr></tbody></table>

פתרון סחיטה של סיבים ננו-מרוכבים פולימריים לציוד מגן אישי

Solution Blow Spinning of Polymeric Nano-Composite Fibers for Personal Protective Equipment

מערכות שריון קלות משקל ומגן מורכבות בדרך כלל ממודולוס גבוה (>109 MPa) וסיבים פולימריים בעלי חוזק גבוה המוחזקים במקום עם חומר שרף אלסטי (קלסר) ליצירת למינציה לא ארוגה וחד-כיוונית. בעוד מאמצים משמעותיים התמקדו בשיפור התכונות המכניות של הסיבים בעלי החוזק הגבוה, נעשתה עבודה מועטה לשיפור תכונותיהם של חומרי הקלסר. כדי לשפר את הביצועים של קלסרים פולימריים אלסטומריים אלה, נעשה שימוש בתהליך ייצור חדש ופשוט יחסית, המכונה סיבוב מכות תמיסה. טכניקה זו מסוגלת לייצר יריעות או רשתות של סיבים בקטרים ממוצעים הנעים בין קנה מידה ננומטרי למיקרו-קנה מידה. כדי להשיג זאת, תוכנן ונבנה במעבדה מנגנון מסתובב של מכת תמיסה (SBS) לייצור מחצלות סיבים לא ארוגים מתמיסות אלסטומרים פולימריים.
במחקר זה, חומר קו-פולימר נפוץ מסוג סטירן-בוטאדיאן-סטירן בלוק-קו-פולימר המומס בטטרהידרופורן, שימש לייצור מחצלות סיבים ננו-קומפוזיטים על-ידי הוספת ננו-חלקיקים מתכתיים (NPs), כגון NPs של תחמוצת ברזל, שנעטפו בשמן סיליקון ובכך שולבו בסיבים שנוצרו בתהליך SBS. הפרוטוקול המתואר בעבודה זו ידון בהשפעות של הפרמטרים הקריטיים השונים המעורבים בתהליך SBS, כולל המסה הטוחנת הפולימרית, בחירת הממס המתאים מבחינה תרמודינמית, ריכוז הפולימר בתמיסה ולחץ הגז המוביל כדי לסייע לאחרים בביצוע ניסויים דומים, וכן יספק הדרכה לאופטימיזציה של תצורת מערך הניסוי. השלמות המבנית והמורפולוגיה של מחצלות הסיבים הלא ארוגים שהתקבלו נבדקו באמצעות מיקרוסקופיית אלקטרונים סורקת (SEM) ואנליזת קרני רנטגן יסודית באמצעות ספקטרוסקופיית קרני רנטגן מפזרת אנרגיה (EDS). מטרת מחקר זה היא להעריך את ההשפעות של הפרמטרים הניסיוניים השונים ובחירות החומרים כדי לייעל את המבנה והמורפולוגיה של מחצלות סיבי SBS.

במחקר זה, מחצלות סיבים לא ארוגים המורכבים מסיבי פולי(סטירן-בוטאדיאן-סטירן) בקנה מידה ננומטרי ומיקרו, סונתזו עם וללא נוכחות של NPs תחמוצת ברזל. כדי ליצור סיבים, יש לבחור בקפידה את הפרמטרים של SBS עבור מערכת הפולימר/ממס שבה נעשה שימוש. המסה הטוחנת של הפולימר המומס וריכוז התמיסה הם קריטיים בשליטה על המורפולוגיה של המבנים המיוצרים בתהליך SBS. במחקר זה נעשה שימוש בפולי-קול-פולימר פולי(סטירן-בוטאדיאן-סטירן) (סטירן 30 wt. %) עם מסה טוחנת של כ-185,000 גרם/מול וצפיפות של 0.94 גרם/מ"ל ב-25 מעלות צלזיוס. מחקרים רבים בחנו את ההשפעו...

המטרה העיקרית של מחקר זה היא לתאר פרוטוקול להכנת מחצלות סיבים פולימריים עם מורפולוגיה עקבית באמצעות סיבוב תמיסות (SBS). אנו שואפים להשתמש ב-SBS כדי לפתח ננו-קומפוזיטים חדשניים, ניתנים לכוונון וגמישים של סיבים פולימריים עבור יישומים שונים, כולל חומרי הגנה, על ידי שילוב ננו-חלקיקים במטריצת פולימר-אלסטומר.

Light-weight, protective armor systems typically consist of high modulus (&#62;109 MPa) and high-strength polymeric fibers held in place with an elastic ...

פרוטוקול עצמי זה מכסה כמה מהפרמטרים והצעדים החשובים ביותר הכרוכים בסיבוב תמיסות של סיבי ננו מרוכבים פולימריים, כולל בחירת מסה טוחנת פולימרית של ממיסים מתאימים תרמודינמית, ריכוז פולימרי בתמיסה, שילוב של ננו-חומרים, לחץ גז נשא ומרחק עבודה. SPS היא טכניקה חדשה יחסית המציעה רבגוניות רבה ביחס למערכת הממס הפולימרי ולמוצר הסופי. יתר על כן, ניתן להשתמש בו כדי להפקיד במהירות סיבים פורמליים על מצעים מישוריים ולא מישוריים כאחד וליצור מושבים או רשתות של סיבים בקוטר הננו והמיקרו-קנה מידה.מטרת עבודה זו היא לספק הדרכה לפיתוח ננו-חומרים מרוכבים מסיביים פולימריים הניתנים לכוונון וגמישים, שיכולים לשמש כחלופות לחומרים קושרים טיפוסיים הנמצאים ביישומי שריון גוף על ידי שילוב ננו-חלקיקים במטריצת האלסטומר הפולימרי של הסיב. נכון לעכשיו, אין מערכות זמינות מסחרית או נהלי הפעלה סטנדרטיים לביצוע מכת פתרון המסתובבת על סיבי ננו מרוכבים פולימריים הניתנים לכוונון. ההדגמה של החלקיקים והמנגנון שלנו יכולה לעזור לאחרים לפתח ביעילות תהליך משלהם ליישום שלהם.כדי להתחיל, להעביר את הכמות הרצויה של פולימר יבש לתוך בקבוקון זכוכית בורוסיליקט נקי 20 מיליליטר באמצעות מרית קטנה. מכניסים את הבקבוקון לתוך קולט האדים הכימי ומוסיפים כ-10 מיליליטר של טטרהידרופורן כדי להשיג ריכוז של 200 מיליגרם למיליליטר. לאחר מכן סגור את הבקבוקון והניח אותו על המיקסר או הסיבוב.הוסיפו אבקת ננו-חלקיקי תחמוצת ברזל יבשה לבקבוקון זכוכית נקי של 20 מיליליטר. לאחר מכן להוסיף 10 מיליליטר של tetrahydrofuran לתוך הבקבוקון ולסגור אותו. התסיסו ביסודיות את הדגימה במערבל המערבולות עד שהננו-חלקיקים הופכים לבלתי נראים בתחתית הבקבוקון ולאחר מכן סוניקו את הדגימה למשך כ-30 דקות עם מרווח של שתיים עד חמש דקות בין כל סוניקציה, כדי להבטיח פיזור מלא של הננו-חלקיקים, וכדי למנוע את התחממות הדגימה.הוסיפו את הפולימר לפיזור הננו-חלקיקים בתוך מכסה המנוע הכימי ואטמו את הבקבוקון. לאחר מכן מערבבים אותו על המסובב ב 70 סל"ד במשך 60 דקות בטמפרטורת החדר עד הפולימר מתמוסס לחלוטין. התאם את הגובה והזווית של מברשת האוויר כך שיתיישרו עם מרכז שקופית מיקרוסקופ הזכוכית המחוברת לאספן ומהודרת במקומה.ודא כי גליל הגז מאובטח כראוי להרכבה על הקיר שלו, וחבר את כניסת הגז של מברשת האוויר לבלון הגז בלחץ חנקן. הפעל את השסתום הראשי של גליל הגז והתאם לאט את הלחץ כדי להשיג את הזרימה הרצויה. לאחר מכן סגור את השסתום הראשי.אבטחו את המצע על האספן באמצעות הסגן המצויד והתאימו את גובה האספן כדי ליישר בניצב לכיוון הריסוס ולתבנית של מברשת האוויר כדי להפקיד את החומר על המצע. זהה את מרחק העבודה האופטימלי על-ידי הזזת הקולט למיקומו הרחוק ביותר הרחק מפיית מברשת האוויר. מעבירים את תערובת ממס הננו-חלקיקים הפולימריים לתוך מזרק זכוכית בורוסיליקט לניתוח גז מומס המצויד במחט נירוסטה.הסר את כל בועות האוויר מהדגימה על ידי החזקת המזרק כאשר המחט מצביעה כלפי מעלה והקשה על המזרק בעדינות ואז לחץ באיטיות על הבוכנה כדי לעקור את עודפי האוויר. נתקו את המחט, חברו את המזרק ליחידת משאבת המזרק ואבטחו את המזרק. חבר את צינורות ה- PTFE המגיעים משקע המזרק לכניסה המתאימה במברשת האוויר ובחר את קצב ההזרקה הרצוי מתפריט יחידת משאבת המזרק.פתח את השסתום הראשי על גליל גז החנקן כדי שגז החנקן יזרום דרך מברשת האוויר והתחל את תהליך ההתזה על ידי הפעלת יחידת משאבת המזרק כדי לחלק את תערובת הממסים של ננו-חלקיקי הפולימר. שימו לב לדפוס הריסוס וודאו שאין סתימות. בהדרגה להגדיל או להקטין את קצב ההזרקה עד שהתמיסה מרססת בחופשיות.התאם את מיקום האספן לאידוי ממס על ידי החלקתו לכיוון מברשת האוויר עד שהכמות הרצויה של החומר מופקדת על המצע. ואז לעצור את יחידת משאבת מזרק ולסגור את השסתום הראשי של בלון גז חנקן. בריכוז הקריטי סלילי הפולימר המומס מתחילים לחפוף זה את זה ולגרום להסתבכות.הערכים המחושבים והחזויים בניסוי של הריכוז הקריטי היו דומים. לכן, ריכוז פולימר מעל הריכוז הקריטי שימש לתהליך סיבוב המכה של התמיסה. נבדקה ההשפעה של ריכוזי פולימרים שונים על המורפולוגיה של מחצלת הסיבים, ונצפתה כי חרוזי פולימר לא רצויים היו נוכחים בריכוזי פולימרים נמוכים וקרובים לחפיפה הקריטית.סיבים בתוליים וחלקים מבחינה מורפולוגית התקבלו בריכוזי פולימרים מעל הריכוז הקריטי. בהגדלה נמוכה מחצלת הסיבים שנוצרה מריכוז פולימרי גבוה הראתה נוכחות של סיבים בודדים וגליליים עם מינימום חרוזים או ריתוך סיבים. הגדלה גבוהה יותר מאשרת את היעדר חרוזי פולימר.כמו כן נחקרה השפעת לחץ הגז על המורפולוגיה של הסיבים. ככל שהלחץ עולה קוטר הסיבים פוחת בעוד שלחץ גבוה מאוד גורם לחרוזים פולימריים גדולים ולסיבים מרותכים. נוכחותם של ננו-חלקיקי תחמוצת ברזל בתוך סיבי הפולימר נקבעה באמצעות אנליזת אלקטרונים מפוזרים לאחור.ניתוח היסודות הצביע עוד על נוכחותם של ננו-חלקיקי תחמוצת ברזל בחירה של ממס מתאים, כמו גם המסה הטוחנת של הפולימר בריכוזו ותמיסתו הם חלק מהפרמטרים הקריטיים ביותר שיכולים להכתיב הצלחה או כישלון של פרוטוקול זה. ניתן ליישם את השיטות המתוארות בפרוטוקול זה לפיתוח ננו-מרוכבים מסיבים פולימריים לתחומים ויישומים שונים אחרים, כולל ביו-חומרים, חומרים מוליכים מבוססי פולימרים, התקני סינון ועוד.

solution-blow-spinning-polymeric-nano-composite-fibers-for-personal

Research

JoVE Journal

Engineering

הנדסה

גישה יעילה להכנת nanofibers מעוטר בקבוצות המסוגלים אינטראקציה ספציפית עם חלבונים תפקודיות מתוארת. הגישה דורשת 1 הכנת פולימרים פונקציונליים עם הקבוצה הפונקציונלית המתאימה. הפולימרים הפונקציונליים הם מפוברקים לnanofibers ידי electrospinning. היעילות של הכריכה של nanofibers עם חלבון ונלמדת על ידי מיקרוסקופיה confocal.

הליך לבודת Nanofibers Biofunctional

שני נוזלים סמוכים העוברים דרך ערוץ מיקרופלואידי מחורץ יכולים להיות מכוונים ליצירת נדן סביב ליבת רב-אופן; ובכך לקבוע הן צורה והן חתך רוחב. פולמור Photoinitiated, כגון כימיה לחץ תיול, מתאים היטב לחיזוק במהירות את נוזל הליבה לתוך מיקרופייבר עם גודל וצורה קבועים מראש.

ייצור מיקרופלואידי של סיבים פולימריים וביוהיברידים עם גודל וצורה מעוצבים מראש

כאן, אנו מציגים פרוטוקול לפברק פיגומי nanofiber electrospun עם ארגון מדורג של סיבים ולחקור את היישומים שלהם בויסות מורפולוגיה תא / אורינטציה. הדרגתיים בכל קשורים לתכונות פיסיקליות וכימיות של פיגומי nanofiber מציע מגוון רחב של יישומים בתחום ביו-רפואיים.

Electrospun nanofiber פיגומים עם דרגות בארגון סיבים

חומרים פולימריים סופר-הידרופוביים דו-ממדיים ותלת-ממדיים מוכנים על ידי אלקטרו-ספינינג או ריסוס אלקטרו פולימרים מתכלים מעורבבים עם פולימר בעל אנרגיית פני שטח נמוכה יותר בעל הרכב דומה.

בודה חומרים פולימריים עבור יישומים ביו-הידרופובי

nanofibers electrospun יש שטח פנים גבוה יחס משקל, שלמות מכנים מעולה, ולתמוך גדילת תא תפוצה. יש nanofibers אלה מגוון רחב של יישומים ביו. כאן אנו לפברק nanofibers קרטין / PCL, באמצעות טכניקה electrospinning, ולאפיין את סיבי עבור יישומים אפשריים בהנדסת רקמות.

סינתזה של nanofiber קראטין מבוסס על הנדסה ביו רפואית

פרוטוקולים מתוארים להרכבת מתכלה thermoresponsive hydrogels מבוסס על hydrazone cross-linking של oligomers פולימריים על הסולם בתפזורת, microscale, ו ננו, והשני עבור הכנת ג'ל חלקיקים והן nanofibers.

בדיית Thermoresponsive Hydrogels מתכלה-פיסיקליות מרובים באמצעות שחול תגובתי, מיקרופלואידיקה, הרכבה עצמית, Electrospinning

פרוטוקול לחשוף סיבי חשופות על פני השטח composite על ידי ביטול אזור עשיר שרף מוצג. הסיבים נחשפים במהלך ייצור של הפרדות צבע, לא על ידי טיפול פני שטח פוסט. לוחות על בסיס פחמן חשוף התערוכה מוליכות חשמלית גבוהה כיוון דרך-עובי, המאפיין מכנית גבוהה.

יישום ניסיוני של שיטת ייצור ללא הפרדות צבע חדשה: חשיפת סיבי חשופות על פני השטח Composite בשיטת שכבה רכה

פרוטוקול זה משמש כקו מנחה מקיף כדי לבדות פיגומים ויה electrospinning עם הפולימר נמס במצב כתיבה ישירה. אנו באופן שיטתי המתווה את התהליך, להגדיר את הגדרות הפרמטר המתאים להשגת ארכיטקטורות יישוב לגרדום.

להמיס Electrospinning הכתיבה של פיגומים Poly(ε-caprolactone) תלת מימדי עם מורפולוגיות לשליטה עבור יישומי הנדסת רקמות

כתב יד זה מתאר את ההליך כדי להמציא לאפיין את סיבי electrospun פולי Griffithsin-לאחרונה (חומצה לקטית-co-גליקולית) הממחישים דבק חזק ופעילות אנטי נגד זיהום מסוג 1 וירוס הכשל החיסוני האנושי במבחנה. שיטות השתמשו כדי לסנתז, שינוי פני השטח, לאפיין את המורפולוגיה וכתוצאה מכך, נטיה, ואת desorption של Griffithsin מסיבי השטח-השתנה מתוארים.

ייצור ואפיון של סיבים Griffithsin-השתנה פיגומים לצורך מניעת מחלות המועברות

המטרה העיקרית של המחקר היא לפתח פרוטוקול להכין דגימות עקבית עבור בדיקות מכניות מדויק של חוזק גבוה קופולימר ארמיד סיבים, על ידי הסרת ציפוי disentangling גדילים סיבים בודדים מבלי להציג משמעותית השפלה כימיים או פיזיים.

Disentangling חוזק גבוה קופולימר ארמיד סיבים כדי לאפשר קביעת תכונות מכניות שלהם

מאמר זה מתאר טכניקה פשוטה לציפוי ננו-סיבי PAN אלקטרו-ספוניים בפולימרים אלקטרואקטיביים באמצעות שקיעת אדים. ההשפעות של חומר החמצון FeCl₃ על שקיעת ציפויי פולי (3,4-אתילנדיוקסיתיופן) על PAN נחקרו כדי להבין ולייעל את צמיחת הפולימרים, קוטר הסיבים והחוזק המכני הכולל של מחצלות הננו-סיבים.

תצהיר שלב אדים של פולי אלקטרואקטיבי (3,4-ethylenedioxythiophene) על ננו-סיבים פולימריים של סחורות אלקטרוסקופיות

למדו את פרוטוקול סיבי הננו-מרוכבים הפולימריים לציוד מגן אישי באמצעות שיטת solution blow spinning. השיטה מאפשרת שילוב ננו-חלקיקים של תחמוצת ברזל במטריצת פולימר SBS לשיפור תכונות החומר.

פתרון סחיטה של סיבים ננו-מרוכבים פולימריים לציוד מגן אישי

גלה סרטונים נוספים