Name: Przędzenie z rozdmuchiwaniem polimerowych włókien nanokompozytowych do środków ochrony indywidualnej (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-03-18T15:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 8 s
Description: Poznaj metodę przędzenia z rozdmuchiwaniem roztworów do produkcji nanokompozytowych włókien polimerowych z nanocząstkami tlenku żelaza. Technika ta umożliwia tworzenie mat włóknistych o dostrojonych właściwościach mechanicznych dla zastosowań w środkach ochrony indywidualnej.

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

Autorzy chcieliby podziękować Panu Dwightowi D. Barry'emu za jego ważny wkład w produkcję urządzenia do przędzenia z rozdmuchiwaniem. Zois Tsinas i Ran Tao pragną podziękować za dofinansowanie z National Institute of Standards and Technology w ramach nagród # 70NANB20H007 i # 70NANB15H112, odpowiednio.

UWAGA: Szczegóły dotyczące sprzętu, oprzyrządowania i chemikaliów używanych w tej sekcji można znaleźć w Tabeli Materiałów. Cały ten protokół powinien najpierw zostać przejrzany i zatwierdzony przez instytucjonalny departament/personel ds. bezpieczeństwa, aby zapewnić przestrzeganie procedur i procesów specyficznych dla danej instytucji.
1. Przygotowanie roztworu polimeru przy użyciu odpowiedniego rozpuszczalnika
UWAGA: Skonsultuj się z kartami charakterystyki producenta/dostawcy oraz z działem/personelem instytucji ds. bezpieczeństwa w sprawie odpowiedniego sprzętu ochrony osobistej (PPE) do stosowania z każdą substancją chemiczną/materiałem.
<ol>
	<li>Użyj czystej, małej szpatułki laboratoryjnej i przenieś żądaną ilość (np. ~2 g) suchego polimeru (poli(styren-butadien-styren)) do czystej, pustej fiolki ze szkła borokrzemianowego o pojemności 20 ml. Zamknąć fiolkę i przechowywać w temperaturze laboratoryjnej, w temperaturze otoczenia. 
	UWAGA: Wybrane stężenie poli(styren-butadien-styren) w tetrahydrofuranie (THF) wynosiło około 200 mg/ml. Stężenie to jest używane jako przykład w całym protokole; Optymalne stężenie będzie zależało od zastosowanego systemu polimer/rozpuszczalnik.</li>
	<li>Przenieść fiolkę ze szkła borokrzemianowego zawierającą próbkę polimeru do dygestorium chemicznego i odpipetować 10 ml ± 0,1 ml pożądanego rozpuszczalnika, w tym przypadku THF, do fiolki w celu uzyskania pożądanego stężenia nominalnie 200 mg/ml.</li>
	<li>Zamknij pojemnik z rozpuszczalnikiem (THF) i przenieś go do szafki do przechowywania. Zakryj fiolkę ze szkła borokrzemianowego zawierającą próbkę polimeru/rozpuszczalnika dołączoną pokrywką i ostrożnie zamontuj ją na mieszalniku/rotatorze.</li>
	<li>Mieszać mieszaninę w temperaturze pokojowej za pomocą rotatora z prędkością 70 obr./min, aż polimer całkowicie rozpuści się w rozpuszczalniku. 
	UWAGA: Roztwór staje się klarowny i przezroczysty po około 60 minutach, co oznacza całkowite rozpuszczenie polimeru.</li>
	<li>Przenieść roztwór do strzykawki ze szkła borokrzemianowego do analizy rozpuszczonych gazów (DGA) do SBS. 
	UWAGA: Roztwory polimerów mogą być przechowywane i używane do 72 godzin, pod warunkiem, że fiolka ze szkła borokrzemianowego jest bezpiecznie zakręcona, a otwór jest owinięty folią z wosku parafinowego. Jednak roztwory muszą być ponownie wymieszane przed wykonaniem SBS.</li>
</ol>
2. Wyznaczanie krytycznego stężenia polimeru nakładającego się na siebie za pomocą pomiaru lepkości
UWAGA: Ten krok jest tutaj przewidziany do określenia krytycznego stężenia polimeru nakładającego się, co jest ważnym parametrem wpływającym na ogólną jakość i morfologię włókien po SBS. Szczegółowe informacje można znaleźć w sekcjach dotyczących reprezentatywnych wyników i dyskusji.
<ol>
	<li>Przygotować osiem stężeń nominalnych (1 mg/ml, 3 mg/ml, 5 mg/ml, 10 mg/mL, 20 mg/ml, 30 mg/mL, 40 mg/mL, 50 mg/mL) roztworu polimeru w THF o przybliżonej objętości 10 ml. Postępuj zgodnie z tą samą procedurą, co w krokach 1.1 i 1.2, aby przygotować roztwory.</li>
	<li>Przygotuj reometr do pomiarów. 
	UWAGA: Przed poniższą procedurą konfiguracji należy przeprowadzić rutynową kalibrację i weryfikację momentu obrotowego, siły normalnej i kąta fazowego na reometrze.
	<ol>
		<li>Zainstaluj urządzenie do kontroli środowiska na reometrze w celu kontroli temperatury.</li>
		<li>Zamontuj geometrię reometru, tj. wpuszczone koncentryczne cylindry na reometrze. Najpierw włóż i zainstaluj dolną geometrię (miseczkę) w urządzeniu do kontroli środowiska, a następnie górną geometrię (bob) na wale przetwornika.</li>
		<li>Taruj normalną siłę i moment obrotowy za pomocą ekranu dotykowego przyrządu. Wyzeruj szczelinę geometryczną za pomocą funkcji kontroli szczeliny w oprogramowaniu reometru. Podnieś stolik, aby zapewnić wystarczająco dużo miejsca na załadowanie próbki.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Załaduj roztwór polimeru do kubka za pomocą wysokiej jakości, jednorazowej pipety ze szkła borokrzemianowego (minimalna objętość próbki dla geometrii ~7 ml). Ustaw odstęp do szczeliny roboczej (3.6 mm) do pomiaru.</li>
	<li>Wykonaj test przemiatania szybkości ścinania od około 10 s-1 do 100 s-1 w temperaturze około 25 °C. Włącz funkcję wykrywania w stanie ustalonym w oprogramowaniu reometru.</li>
	<li>Wyeksportuj tabelę wyników i oblicz średnią wartość lepkości przy stałym ścinaniu.</li>
	<li>Wykreślić uśrednione wartości lepkości w funkcji stężenia polimeru.</li>
</ol>
3. Przygotowanie roztworu polimeru/dyspersji nanocząstek
UWAGA: Aby przygotować roztwór polimeru z dodanymi nanocząstkami (NP), pracuj wewnątrz kaptura z nano-obudową (filtrowaną powietrzem o wysokiej wydajności).
<ol>
	<li>Użyj czystej, małej szpatułki laboratoryjnej i zważ wymaganą ilość (np. ~0,01 g) suchego proszku NP, np. NP tlenku żelaza (Fe3O4 ), do czystej fiolki ze szkła borokrzemianowego o pojemności 20 ml.</li>
	<li>Dodać żądaną objętość (np. nominalnie 10 ml) rozpuszczalnika (np. THF) za pomocą jednorazowej pipety ze szkła borokrzemianowego i zakryć fiolkę ze szkła borokrzemianowego zawierającą mieszaninę NPs/rozpuszczalnik za pomocą dołączonej pokrywki.</li>
	<li>Przenieść próbkę do mieszalnika wirowego i dokładnie zamieszać w temperaturze pokojowej przy 3 000 obr./min, aż NP przestaną być widoczne na dnie fiolki. Natychmiast przenieś fiolkę z próbką do sonografu do kąpieli, aby zapewnić pełną dyspersję nanocząstek. Aby zapobiec nagrzewaniu się próbki, należy poddać dyspersję sonikacji w ~30 minutowych odstępach, odczekując 2-5 minut między każdym etapem sonikacji.</li>
	<li>Następnie, pracując wewnątrz okapu chemicznego, zważyć i dodać żądaną ilość (np. ~2 g) polimeru (np. kopolimeru blokowego styren-butadien-styren) do dyspersji NP. Uszczelnij fiolkę ze szkła borokrzemianowego dołączoną pokrywką i zamontuj ją bezpiecznie na rotatorze do mieszania z prędkością 70 obr./min w temperaturze pokojowej.</li>
	<li>Dokładnie wymieszać próbkę polimeru/NPs/rozpuszczalnika przez około 60 minut lub do momentu całkowitego rozpuszczenia polimeru. 
	UWAGA: Po wymieszaniu próbka ma postać lepkiej cieczy z równomiernie zdyspergowanymi nanocząsteczkami i nie są widoczne duże agregaty ani osady.</li>
	<li>Na koniec przenieść mieszaninę do strzykawki ze szkła borokrzemianowego DGA do SBS. 
	UWAGA: Nie zaleca się przechowywania roztworów polimerowych NP przed SBS ze względu na potencjalną aglomerację lub destabilizację dyspersji.</li>
</ol>
4. Proces przędzenia z rozdmuchiwaniem roztworu (SBS)
UWAGA: Sugerowane środki ochrony osobistej do tego procesu obejmują gogle ochronne, fartuch laboratoryjny i rękawice nitrylowe; powinny one być założone przed ustawieniem aparatu SBS. Konfiguracja i proces powinny być wykonywane wewnątrz okapu chemicznego. Aparat SBS składa się z komercyjnego zespołu aerografu wyposażonego w dyszę wewnętrzną 0,3 mm (dla roztworu polimeru) i otwór głowicy 1 mm (dla gazu), systemu pompy strzykawkowej, kolektora, butli z azotem pod ciśnieniem (N2) i aluminiowej obudowy. Dysza wewnętrzna wystaje około 0,5 mm z otworu głowicy aerografu. Szczegóły dotyczące konfiguracji SBS znajdują się w Rysunek 1.
<ol>
	<li>Najpierw dostosuj wysokość i kąt aerografu, aby wyrównać się ze środkiem wybranego podłoża (szklanego szkiełka mikroskopowego) przymocowanego do kolektora i zabezpiecz go na miejscu. Upewnij się, że butla z gazem jest prawidłowo przymocowana do uchwytu ściennego. Następnie podłącz wlot gazu aerografu do butli z gazem pod ciśnieniem N2.</li>
	<li>Włącz główny zawór na butli gazowej i powoli reguluj ciśnienie za pomocą dołączonego zaworu regulatora gazu, jednocześnie monitorując manometr, aby osiągnąć żądany przepływ. Upewnij się, że system ma swobodny, niezakłócony przepływ i uważnie nasłuchuj, czy nie ma potencjalnych wycieków gazu w punktach połączeń. Użyj roztworu mydła i wody, aby dokładniej zbadać potencjalne wycieki, a jeśli to konieczne, nałóż taśmę politetrafluoroetylenową (PTFE) na złączki, aby wyeliminować wszelkie nieszczelności. Gdy przepływ gazu zostanie prawidłowo wyregulowany, zamknij główny zawór na butli z gazem, aby zatrzymać przepływ gazu.</li>
	<li>Zabezpiecz podłoże na kolektorze za pomocą wyposażonego imadła. Dostosuj wysokość kolektora, aby wyrównać prostopadle do kierunku natrysku i wzoru aerografu, tak aby materiał został osadzony na podłożu.</li>
	<li>Następnie przesuń kolektor do najdalszej pozycji z dala od dyszy aerografu, aby pomóc w określeniu optymalnej odległości roboczej (separacji między dyszą a podłożem) w kolejnych krokach.</li>
	<li>Pracując wewnątrz kaptura chemicznego, ostrożnie przenieś przygotowaną mieszaninę polimerów/NPs/rozpuszczalników z fiolki ze szkła borokrzemianowego do 10 ml strzykawki ze szkła borokrzemianowego DGA wyposażonej w igłę ze stali nierdzewnej.</li>
	<li>Usunąć wszelkie pęcherzyki powietrza z próbki, trzymając strzykawkę z igłą skierowaną do góry, delikatnie stukając w strzykawkę i powoli wciskając tłok, aby usunąć nadmiar powietrza. Odłączyć igłę i podłączyć strzykawkę do zespołu pompy strzykawkowej. Zabezpiecz strzykawkę i podłącz rurkę PTFE wychodzącą z wylotu strzykawki do odpowiedniego wlotu w aerografie.</li>
	<li>Następnie wybierz żądaną szybkość wtrysku z menu zespołu strzykawka-pompa (np. 0,5 ml/min) i powoli otwórz główny zawór na butli z gazem N2, aby umożliwić przepływ N2 przez aerograf. Natychmiast uruchom zespół strzykawka-pompa, aby dozować mieszaninę polimeru/NPs/rozpuszczalnika i rozpocznij proces rozpylania.</li>
	<li>Uważnie obserwuj wzór natryskiwania na dyszy natryskowej i upewnij się, że nie ma zatorów lub częściowych zatkań. Stopniowo zwiększaj lub zmniejszaj szybkość wstrzykiwania, aż roztwór zacznie się swobodnie rozpylać. 
	UWAGA: Bardzo niskie lub wysokie dawki wtrysku są podatne na zatykanie. Optymalna szybkość wtryskiwania zależy od lepkości roztworu i może być konieczne dostosowanie do wysokich lub niskich stężeń roztworu polimerowego.</li>
	<li>Następnie dostosuj położenie kolektora do żądanej odległości roboczej dla systemu polimer/rozpuszczalnik używanego do umożliwienia odparowania rozpuszczalnika, przesuwając go w kierunku aerografu, aż materiał osadzi się na podłożu. 
	UWAGA: Jeśli kolektor znajduje się zbyt blisko dyszy rozpylającej aerografu, niewystarczający czas parowania spowoduje osadzanie się ciekłego roztworu polimeru na podłożu. Jeśli kolektor znajduje się zbyt daleko, na podłożu osadza się bardzo ograniczony materiał lub nie osadza się go wcale. W przypadku roztworów poli(styren-butadien-styren) w THF odpowiednia odległość robocza wynosi od 8 cm do 12 cm.</li>
	<li>Gdy żądana ilość materiału osadzi się na podłożu, należy najpierw zatrzymać zespół strzykawko-pompowy, a następnie natychmiast zamknąć główny zawór na butli z gazem N2.</li>
</ol>
5. Analiza mat włóknistych SBS przez SEM
<ol>
	<li>Użyj napylarki, aby pokryć maty włókniste materiałem przewodzącym, takim jak Au/Pd, aby złagodzić efekty ładowania powierzchniowego pod wiązką elektronów. 
	UWAGA: Wystarczy grubość powłoki 4-5 nm.</li>
	<li>Załaduj próbki maty światłowodowej do SEM i zobrazuj je za pomocą napięcia przyspieszającego 2-5 kV i prądu 0,1-0,2 nA. Zastosuj ustawienia neutralizacji ładunku, aby w razie potrzeby przeciwdziałać efektom ładowania.</li>
	<li>Użyj wtórnego detektora elektronów lub detektora elektronów wstecznie rozproszonych, aby uchwycić różne cechy materiałów światłowodowych.</li>
	<li>Użyj detektora dyspersji energii (EDS), aby rozdzielić charakterystyczne promienie rentgenowskie różnych pierwiastków w widmo energii, które pozwoli na określenie obecności żelaza (Fe), wskazującego na NP tlenku żelaza osadzone w matach z włókien polimerowych.</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>

Pełny opis procedur zastosowanych w niniejszym opracowaniu wymaga identyfikacji niektórych produktów handlowych i ich dostawców. Zamieszczenie takich informacji nie powinno być w żaden sposób interpretowane jako wskazanie, że takie produkty lub dostawcy są popierani przez NIST lub są rekomendowani przez NIST lub że są to koniecznie najlepsze materiały, instrumenty, oprogramowanie lub dostawcy do opisanych celów.

Opisana w niniejszym dokumencie metoda zapewnia protokół wytwarzania mat z włókien nanokompozytowych z elastomeru polimerowego za pomocą stosunkowo nowej techniki znanej jako przędzenie z rozdmuchiwaniem roztworu. Technika ta pozwala na wytwarzanie włókien w nanoskali i ma kilka zalet w porównaniu z innymi dobrze znanymi technikami, takimi jak proces elektroprzędzenia, ponieważ można ją przeprowadzić pod ciśnieniem atmosferycznym i w temperaturze pokojowej27. Ponadto SBS nie jest wysoce podatny na...

Wiele lekkich, balistycznych, ochronnych systemów pancerza jest obecnie konstruowanych przy użyciu wysokomodułowych i wytrzymałych włókien polimerowych, takich jak zorientowane włókna polietylenowe o ultra wysokiej masie molowej lub aramidy, które zapewniają wyjątkową odporność balistyczną1,2. Włókna te są używane w połączeniu z elastycznym materiałem żywicznym (spoiwem), który może przenikać do poziomu włókna i zabezpieczać włókna w konfiguracji 0°/90°, tworząc włókninę, jednokierunkowy laminat. Zawartość procentowa żywicy z elastomeru polimerowego (spoiwa) nie powinna przekraczać 13% całkowitej masy laminatu jednokierunkowego, aby zachować integralność strukturalną i właściwości antybalistyczne struktury laminatu3,4. Spoiwo jest bardzo ważnym składnikiem pancerza, ponieważ utrzymuje włókna o wysokiej wytrzymałości w odpowiedniej orientacji i szczelnie upakowane w każdej warstwie laminatu3. Materiały elastomerowe powszechnie stosowane jako spoiwa w zastosowaniach kamizelek kuloodpornych mają bardzo niski moduł wytrzymałości na rozciąganie (np. ~17,2 MPa przy ~23 °C), niską temperaturę zeszklenia (najlepiej poniżej -50 °C), bardzo duże wydłużenie przy zerwaniu (nawet do 300%) i muszą wykazywać doskonałe właściwości adhezyjne5.
Aby poprawić wydajność tych elastomerów polimerowych, SBS został wykonany w celu stworzenia materiałów z elastomerów włóknistych, które mogą być używane jako spoiwa w zastosowaniach w kamizelkach kuloodpornych. SBS jest stosunkowo nową, wszechstronną techniką pozwalającą na stosowanie różnych systemów polimerowo-rozpuszczalnikowych i tworzenie różnych produktów końcowych6,7,8,9,10,11,12,13. Ten prosty proces polega na szybkim (10 razy szybszym niż elektroprzędzenie) osadzaniu włókien konforemnych zarówno na płaskich, jak i niepłaskich podłożach w celu wytworzenia arkuszy lub wstęg włókien, które obejmują skale długości nano i mikro14,15,16,17,18. Materiały SBS mają liczne zastosowania w produktach medycznych, filtrach powietrza, sprzęcie ochronnym, czujnikach, elektronice optycznej i katalizatorach14,19,20. Opracowanie włókien o małej średnicy może drastycznie zwiększyć stosunek powierzchni do objętości, co jest bardzo ważne w wielu zastosowaniach, zwłaszcza w dziedzinie środków ochrony osobistej. Średnica i morfologia włókien generowanych przez SBS zależą od masy molowej polimeru, stężenia polimeru w roztworze, lepkości roztworu, natężenia przepływu roztworu polimeru, ciśnienia gazu, odległości roboczej i średnicy dyszy rozpylającej14,15,17.
Ważną cechą aparatu SBS jest dysza natryskowa składająca się z dyszy wewnętrznej i koncentrycznej dyszy zewnętrznej. Polimer rozpuszczony w lotnym rozpuszczalniku jest pompowany przez dyszę wewnętrzną, podczas gdy gaz pod ciśnieniem przepływa przez dyszę zewnętrzną. Gaz o dużej prędkości wychodzący z dyszy zewnętrznej indukuje ścinanie roztworu polimeru przepływającego przez dyszę wewnętrzną. Zmusza to roztwór do uformowania stożkowego kształtu po wyjściu z dyszy natryskowej. Po pokonaniu napięcia powierzchniowego na końcu stożka wyrzucany jest drobny strumień roztworu polimeru, a rozpuszczalnik szybko odparowuje, powodując koalescencję pasm polimerowych i osadzanie się jako włókna polimerowe. Tworzenie się struktury włóknistej w miarę odparowywania rozpuszczalnika silnie zależy od masy molowej polimeru i stężenia roztworu. Włókna powstają w wyniku splątania łańcucha, gdy łańcuchy polimerowe w roztworze zaczynają nakładać się na siebie w stężeniu znanym jako krytyczne stężenie nakładania się (c*). W związku z tym konieczna jest praca z roztworami polimerowymi powyżej c* wybranego układu polimer/rozpuszczalnik. Łatwą strategią do osiągnięcia tego celu jest również wybór polimerów o stosunkowo dużej masie molowej. Polimery o większej masie molowej mają wydłużony czas relaksacji polimeru, co jest bezpośrednio związane ze wzrostem tworzenia struktur włóknistych, jak opisano w literaturze21. Ponieważ wiele parametrów stosowanych w SBS jest silnie skorelowanych, celem niniejszej pracy jest dostarczenie wskazówek dotyczących opracowania przestrajalnych i elastycznych nanokompozytów z włókien polimerowych, które mogą być stosowane jako alternatywa dla typowych materiałów wiążących stosowanych w kamizelkach kuloodpornych poprzez włączenie nanocząstek do włóknistej matrycy polimerowo-elastomerowej.

<table><tbody><tr><td>45 MM Imadło narzędziowe</td><td>Tormach Inc.</td><td>32547</td><td>Do mocowania podłoża na kolektorze</td></tr><tr><td>ARES-G2 Reometr</td><td>TA Instruments</td><td>401000.501</td><td>Reometr</td></tr><tr><td>Branson Ultrasonics M Series - Ultradźwiękowa kąpiel czyszcząca</td><td>Fisher Scientific</td><td>15-336-100</td><td>Do dyspersji nanocząstek</td></tr><tr><td>Nauka o kadencji&nbsp; Micro-Mate Wymienna strzykawka</td><td>Fisher Scientific</td><td>14-825-2A</td><td>Szklana strzykawka 5 ml w 1/5 ml, końcówka Luer Lock</td></tr><tr><td>Kaptur chemiczny</td><td>Dowolna firma</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Corning - Jednorazowa szklana pipeta Pasteura</td><td>Sigma Aldrich</td><td>CLS7095D5X-200EA</td><td>Niesterylna</td></tr><tr><td>DWK Nauki Przyrodnicze&nbsp; Wheaton - Szklana fiolka scyntylacyjna</td><td>Fisher Scientific</td><td>03-341-25G</td><td>20 ml z</td></tr><tr><td>nakrętką FEI Quanta 200 Skaningowy mikroskop elektronowy (SEM)</td><td>FEI</td><td></td><td>Do próbkowania</td></tr><tr><td>próbek Nanoproszek/nanocząstki tlenku żelaza</td><td>US Research Nanomaterials, inc.</td><td>US3320</td><td>Fe3O4, 98%, 20-3- nm, Powlekana olejem silikonowym</td></tr><tr><td>Pompa jednostrzykawkowa KD Scientific Legato 100</td><td>Sigma Aldrich</td><td>Z401358-1EA</td><td>Pojedyncza strzykawkowa pompa infuzyjna</td></tr><tr><td>Master Airbrush - Model S68</td><td>TCP Global</td><td>MAS S68</td><td>Średnica dyszy/igły: 0,35 mm</td></tr><tr><td>Waga Mettler Toledo AB265-S/FACT</td><td>Cole-Parmer Scientific</td><td>EW-11333-14</td><td>Do ważenia polimerów i&nbsp; Nanocząsteczki</td></tr><tr><td>Regulator gazu N2</td><td>Dowolna firma</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Nanoenclosure</td><td>Dowolna firma</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Mikroskopia optyczna Szkiełka</td> podstawowe <td>Fisher Scientific</td><td>12-550-A3</td><td>Stosowany jako podłoże do osadzania maty włóknistej</td></tr><tr><td>OSP Szczelinowy Bob, 33 mm</td><td>TA Instrumenty</td><td>402796.902</td><td>Bob, górna geometria</td></tr><tr><td>OSP Szczelinowy kubek z podwójną szczeliną, 34 mm</td><td>TA Instrumenty</td><td>402782.901</td><td>Kubek o podwójnych ściankach, dolna geometria</td></tr> Oxford <tr><td>BenchMate Digital Vortex</td><td>Mixer Pipeta</td><td>VM-D</td><td>Znamionowa do 4 200 obr./min, do mieszania roztworów</td></tr><tr><td>Pipeta rolkowa Oxford Benchmate</td><td></td><td>OTR-24DR</td><td>Mieszalnik/rotator próbek</td></tr><tr><td>Polistyren-blok-polibutadien-blok-polistyren</td><td>Sigma Aldrich</td><td>432490-1KG</td><td>styren 30 wag., Mw ~ 185 000 g/mol</td></tr><tr><td>SEM Pin Stub Próbka Mocowanie</td><td>Ted Pella Inc.</td><td>16119</td><td>Średnica 18 mm x wysokość 8 mm</td></tr><tr><td>Szpatułka</td><td>VWR</td><td>82027-532</td><td>Do obciążenia materiałów testowych</td></tr><tr><td>Tetrahydrofuran (THF)</td> <td>Rozpuszczalnik Fisher Scientific</td><td>T425-1</td><td>, klasa HPLC</td></tr><tr><td>TRIOS</td><td>TA Instruments</td><td>v4.3.1.39215</td><td>Oprogramowanie reometru</td></tr></tbody></table>

przędzenie z rozdmuchiwaniem polimerowych włókien nanokompozytowych do środków ochrony indywidualnej

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

Lekkie, ochronne systemy pancerza zazwyczaj składają się z wysokomodułowych (>10>9 MPa) i wysokowytrzymałych włókien polimerowych utrzymywanych na miejscu za pomocą elastycznego materiału żywicznego (spoiwa), tworząc nietkany, jednokierunkowy laminat. Podczas gdy znaczne wysiłki skupiły się na poprawie właściwości mechanicznych włókien o wysokiej wytrzymałości, podjęto niewiele prac w celu poprawy właściwości materiałów wiążących. Aby poprawić wydajność tych elastomerowych spoiw polimerowych, zastosowano stosunkowo nowy i prosty proces wytwarzania, znany jako przędzenie z rozdmuchiwaniem roztworu. Technika ta jest w stanie wytworzyć arkusze lub wstęgi włókien o średnich średnicach od nanoskali do mikroskali. Aby to osiągnąć, w laboratorium zaprojektowano i zbudowano aparat do przędzenia z rozdmuchiwaniem roztworu (SBS) do wytwarzania mat z włóknin z roztworów elastomerów polimerowych.
W tym badaniu, powszechnie używany materiał wiążący, blok-kopolimer styren-butadien-styren rozpuszczony w tetrahydrofuranie, został użyty do produkcji nanokompozytowych mat z włókien poprzez dodanie metalicznych nanocząstek (NP), takich jak NP tlenku żelaza, które zostały zamknięte w oleju silikonowym i tym samym włączone do włókien powstałych w procesie SBS. Protokół opisany w tej pracy omówi wpływ różnych krytycznych parametrów związanych z procesem SBS, w tym masę molową polimeru, wybór termodynamicznie odpowiedniego rozpuszczalnika, stężenie polimeru w roztworze i ciśnienie gazu nośnego, aby pomóc innym w przeprowadzaniu podobnych eksperymentów, a także udzieli wskazówek dotyczących optymalizacji konfiguracji układu eksperymentalnego. Integralność strukturalną i morfologię otrzymanych mat z włókien włókninowych zbadano za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) i analizy pierwiastkowego promieniowania rentgenowskiego za pomocą spektroskopii rentgenowskiej z dyspersją energii (EDS). Celem tego badania jest ocena wpływu różnych parametrów eksperymentalnych i doboru materiałów w celu optymalizacji struktury i morfologii mat włóknistych SBS.

W niniejszym badaniu zsyntetyzowano włókniste maty nietkane składające się z włókien poli(styren-butadien-styrenu) w skali nano i mikro, z dodatkiem oraz bez dodatku nanocząsteczek tlenku żelaza. Aby uformować włókna, parametry SBS muszą zostać starannie dobrane do zastosowanego układu polimer/rozpuszczalnik. Masa molowa rozpuszczonego polimeru oraz stężenie roztworu mają krytyczne znaczenie dla kontroli morfologii struktur wytwarzanych w procesie SBS. W badaniu tym zastosowano kopolimer blokowy poli(styren-butadien-styr...

Głównym celem tego badania jest opisanie protokołu przygotowania mat z włókien polimerowych o spójnej morfologii za pomocą przędzenia z rozdmuchiwaniem roztworu (SBS). Naszym celem jest wykorzystanie SBS do opracowania nowatorskich, przestrajalnych, elastycznych nanokompozytów z włókien polimerowych do różnych zastosowań, w tym materiałów ochronnych, poprzez włączenie nanocząstek do matrycy polimerowo-elastomerowej.

Przędzenie z rozdmuchiwaniem polimerowych włókien nanokompozytowych do środków ochrony indywidualnej

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

Ten autoprotokół obejmuje niektóre z najważniejszych parametrów i etapów związanych z przędzeniem z rozdmuchiwaniem polimerowych nano włókien kompozytowych, w tym wybór masy molowej polimeru odpowiednich termodynamicznie rozpuszczalników, stężenie polimeru w roztworze, włączenie nanomateriałów, ciśnienie gazu nośnego i odległość roboczą. SPS to stosunkowo nowa technika, która oferuje dużą wszechstronność w odniesieniu do systemu rozpuszczalników polimerowych i produktu końcowego. Ponadto może być używany do szybkiego osadzania włókien formalnych zarówno na płaskich, jak i niepłaskich podłożach oraz tworzenia siedzeń lub sieci włókien o średnicy zarówno w skali nano, jak i mikro.Celem tej pracy jest dostarczenie wskazówek dotyczących opracowania przestrajalnych i elastycznych nanokompozytów z włókien polimerowych, które mogą być stosowane jako alternatywa dla typowych materiałów wiążących występujących w zastosowaniach kamizelek kuloodpornych poprzez włączenie nanocząstek do matrycy elastomeru polimerowego włókna. Obecnie nie ma dostępnych na rynku systemów ani standardowych procedur operacyjnych do wykonywania przędzenia z rozdmuchiwaniem roztworu na strojonych polimerowych włóknach nanokompozytowych. Demonstracja naszych cząstek i aparatury może pomóc innym w skutecznym opracowaniu własnego procesu ich zastosowania.Aby rozpocząć, przenieś żądaną ilość suchego polimeru do czystej 20-mililitrowej fiolki ze szkła borokrzemianowego za pomocą małej szpatułki. Umieścić fiolkę w okapie oparowym i dodać około 10 mililitrów tetrahydrofuranu, aby osiągnąć stężenie 200 miligramów na mililitr. Następnie zamknij fiolkę i umieść ją na mieszalniku lub rotatorze.Dodaj suchy proszek nanocząstek tlenku żelaza do czystej szklanej fiolki o pojemności 20 mililitrów. Następnie dodaj 10 mililitrów tetrahydrofuranu do fiolki i zamknij ją. Dokładnie wymieszać próbkę w mieszalniku wirowym, aż nanocząstki staną się niewidoczne na dnie fiolki, a następnie poddać próbkę sonikacji przez około 30 minut w odstępie od dwóch do pięciu minut między każdą sonikacją, aby zapewnić całkowite rozproszenie nanocząstek i uniknąć podgrzewania próbki.Dodaj polimer do dyspersji nanocząstek wewnątrz kaptura chemicznego i zamknij fiolkę. Następnie mieszaj go na rotatorze z prędkością 70 obr./min przez 60 minut w temperaturze pokojowej, aż polimer całkowicie się rozpuści. Dostosuj wysokość i kąt aerografu, aby wyrównać się ze środkiem szklanego szkiełka mikroskopowego przymocowanego do kolektora i zabezpieczonego na miejscu.Upewnij się, że butla z gazem jest prawidłowo przymocowana do uchwytu ściennego i podłącz wlot gazu aerografu do butli z gazem pod ciśnieniem azotu. Włącz główny zawór butli gazowej i powoli dostosuj ciśnienie, aby uzyskać pożądany przepływ. Następnie zamknij główny zawór.Zabezpiecz podłoże na kolektorze za pomocą wyposażonego imadła i wyreguluj wysokość kolektora, aby wyrównać prostopadle do kierunku natrysku i wzoru aerografu, aby osadzić materiał na podłożu. Określ optymalną odległość roboczą, przesuwając kolektor do jego najdalszej pozycji od dyszy aerografu. Przenieść mieszaninę rozpuszczalnika z nanocząstkami polimeru do strzykawki ze szkła borokrzemianowego do analizy rozpuszczonego gazu, wyposażonej w igłę ze stali nierdzewnej.Usunąć wszelkie pęcherzyki powietrza z próbki, trzymając strzykawkę z igłą skierowaną do góry i delikatnie stukając w strzykawkę, a następnie powoli wciskając tłok, aby usunąć nadmiar powietrza. Odłączyć igłę, przymocować strzykawkę do zespołu pompy strzykawkowej i zabezpieczyć strzykawkę. Podłącz rurkę PTFE wychodzącą z wylotu strzykawki do odpowiedniego wlotu w aerografie i wybierz żądaną szybkość wtrysku z menu zespołu pompy strzykawki.Otwórz główny zawór na butli z azotem gazowym, aby azot przepłynął przez aerograf i rozpocznij proces natryskiwania, uruchamiając zespół pompy strzykawkowej w celu dozowania mieszaniny rozpuszczalnika z nanocząstkami polimeru. Obserwuj wzór natryskiwania i upewnij się, że nie ma zatorów. Stopniowo zwiększaj lub zmniejszaj szybkość wstrzykiwania, aż roztwór zacznie się swobodnie rozpylać.Dostosuj położenie kolektora do odparowywania rozpuszczalnika, przesuwając go w kierunku aerografu, aż żądana ilość materiału osadzi się na podłożu. Następnie zatrzymaj zespół pompy strzykawkowej i zamknij główny zawór butli z azotem. Przy krytycznym stężeniu rozpuszczone cewki polimerowe zaczynają nakładać się na siebie i powodować splątanie.Obliczone i przewidywane doświadczalnie wartości stężenia krytycznego były podobne. W związku z tym w procesie przędzenia z rozdmuchiwaniem roztworu zastosowano stężenie polimeru powyżej stężenia krytycznego. Badano wpływ różnych stężeń polimerów na morfologię maty włóknistej i zaobserwowano, że niepożądane kulki polimerowe występowały przy niższych i bliskich krytycznym stężeniu polimerów nakładających się.Nieskazitelnie gładkie i morfologicznie gładkie włókna uzyskano przy stężeniach polimerów powyżej stężenia krytycznego. Przy małym powiększeniu mata z włókien wytworzona z wysokiego stężenia polimeru wykazała obecność pojedynczych i cylindrycznie ukształtowanych włókien z minimalną ilością kulek lub spawania włókien. Większe powiększenie potwierdza brak kulek polimerowych.Badano również wpływ ciśnienia gazu na morfologię włókien. Wraz ze wzrostem ciśnienia średnica włókna maleje, podczas gdy bardzo wysokie ciśnienie powoduje powstawanie dużych kulek polimerowych i spawanych włókien. Obecność nanocząstek tlenku żelaza we włóknach polimerowych określono za pomocą analizy elektronów wstecznie rozproszonych.Analiza pierwiastkowa wykazała ponadto obecność nanocząstek tlenku żelaza Wybór odpowiedniego rozpuszczalnika, a także masa molowa polimeru w jego stężeniu i roztworze to jedne z najbardziej krytycznych parametrów, które mogą decydować o powodzeniu lub porażce tego protokołu. Metody opisane w tym protokole mogą być stosowane do opracowywania nanokompozytów z włókien polimerowych dla różnych innych dziedzin i zastosowań, w tym biomateriałów, materiałów przewodzących na bazie polimerów, urządzeń filtracyjnych i innych.

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

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Opisano wydajne podejście do przygotowania nanowłókien udekorowanych grupami funkcyjnymi zdolnymi do specyficznych oddziaływań z białkami. Podejście to wymaga w pierwszej kolejności przygotowania polimeru funkcjonalizowanego odpowiednią grupą funkcyjną. Funkcjonalny polimer jest przekształcany w nanowłókna za pomocą elektroprzędzenia. Efektywność wiązania nanowłókien z białkiem jest badana za pomocą mikroskopii konfokalnej.

Procedura wytwarzania biofunkcjonalnych nanowłókien

Dwa sąsiadujące ze sobą płyny przechodzące przez rowkowany kanał mikroprzepływowy mogą być skierowane tak, aby tworzyły osłonę wokół rdzenia prepolimerowego; określając w ten sposób zarówno kształt, jak i przekrój. Polimeryzacja inicjowana foto, taka jak chemia tiolowa, doskonale nadaje się do szybkiego zestalania płynu rdzeniowego w mikrofibrę o określonym rozmiarze i kształcie.

Mikroprzepływowa produkcja włókien polimerowych i biohybrydowych o wstępnie zaprojektowanym rozmiarze i kształcie

Tutaj prezentujemy protokół wytwarzania elektroprzędzonych rusztowań z nanowłókien o stopniowanej organizacji włókien i badamy ich zastosowania w regulacji morfologii/orientacji komórek. Gradienty w odniesieniu do właściwości fizycznych i chemicznych rusztowań z nanowłókien oferują szeroką gamę zastosowań w dziedzinie biomedycyny.

Rusztowania z nanowłókien elektroprzędzonych z gradacją w organizacji włókien

Dwu- i trójwymiarowe superhydrofobowe materiały polimerowe są przygotowywane przez elektroprzędzenie lub elektronatryskiwanie biodegradowalnych polimerów zmieszanych z polimerem o niższej energii powierzchniowej o podobnym składzie.

Wytwarzanie superhydrofobowych materiałów polimerowych do zastosowań biomedycznych

Elektroprzędzone nanowłókna mają wysoki stosunek powierzchni do masy, doskonałą integralność mechaniczną oraz wspierają wzrost i proliferację komórek. Te nanowłókna mają szeroki zakres zastosowań biomedycznych. Tutaj wytwarzamy nanowłókna keratynowe/PCL przy użyciu techniki elektroprzędzenia i charakteryzujemy włókna pod kątem możliwych zastosowań w inżynierii tkankowej.

Synteza nanowłókien na bazie keratyny w inżynierii biomedycznej

Opisane są protokoły wytwarzania degradowalnych termoresponsywnych hydrożeli opartych na sieciowaniu hydrazonów polimerowych oligomerów na skalę masową, mikroskalową i nanoskalę, przy czym ta ostatnia służy do przygotowania zarówno nanocząstek żelowych, jak i nanowłókien.

Wytwarzanie degradowalnych termoczułych hydrożeli w różnych skalach długości za pomocą wytłaczania reaktywnego, mikrofluidyki, samoorganizacji i elektroprzędzenia

Przedstawiono protokół odsłaniania gołych włókien na powierzchni kompozytu poprzez eliminację obszaru bogatego w żywicę. Włókna są odsłaniane podczas wytwarzania kompozytów, a nie przez obróbkę powierzchni. Odsłonięte kompozyty węglowe charakteryzują się wysoką przewodnością elektryczną w kierunku przekroju i grubością oraz wysokimi właściwościami mechanicznymi.

Eksperymentalne wdrożenie nowej metody wytwarzania kompozytów: naświetlanie gołych włókien na powierzchni kompozytu metodą miękkiej warstwy

Ten protokół służy jako kompleksowa wytyczna do wytwarzania rusztowań za pomocą elektroprzędzenia z polimerami stopionymi w trybie bezpośredniego zapisu. Systematycznie nakreślamy proces i definiujemy odpowiednie ustawienia parametrów w celu osiągnięcia docelowych architektur rusztowań.

Zapis elektroprzędzenia ze stopu trójwymiarowych rusztowań poli(ε-kaprolaktonu) z kontrolowanymi morfologiami do zastosowań w inżynierii tkankowej

Ten manuskrypt opisuje procedurę wytwarzania i charakteryzowania włókien elektroprzędzonych z poli(kwasu mlekowo-ko-glikolowego) modyfikowanych przez Griffithsin, które wykazują silne działanie adhezyjne i przeciwwirusowe przeciwko zakażeniu ludzkim wirusem niedoboru odporności typu 1 in vitro. Opisano metody stosowane do syntezy, modyfikacji powierzchni i charakterystyki wynikowej morfologii, koniugacji i desorpcji Griffithsiny z włókien modyfikowanych powierzchniowo.

Wytwarzanie i charakterystyka rusztowań z włókien modyfikowanych przez Griffithsin w celu zapobiegania infekcjom przenoszonym drogą płciową

Głównym celem badania jest opracowanie protokołu do przygotowania spójnych próbek do dokładnych testów mechanicznych kopolimerowych włókien aramidowych o wysokiej wytrzymałości, poprzez usunięcie powłoki i rozplątanie poszczególnych pasm włókien bez wprowadzania znaczącej degradacji chemicznej lub fizycznej.

Rozplątywanie włókien aramidowych kopolimeru o wysokiej wytrzymałości w celu umożliwienia określenia ich właściwości mechanicznych

Ten artykuł opisuje prostą technikę powlekania elektroprzędzonych nanowłókien PAN elektroaktywnymi polimerami za pomocą osadzania z fazy gazowej. Zbadano wpływ utleniacza FeCl₃ na osadzanie się powłok poli(3,4-etylenodioksytiofenowych) na PAN, aby zrozumieć i zoptymalizować wzrost polimeru, średnicę włókien i ogólną wytrzymałość mechaniczną mat z nanowłókien.

Osadzanie w fazie gazowej elektroaktywnego poli(3,4-etylenodioksytiofenu) na elektroprzędzonych nanowłóknach polimerowych

Poznaj metodę przędzenia z rozdmuchiwaniem roztworów do produkcji nanokompozytowych włókien polimerowych z nanocząstkami tlenku żelaza. Technika ta umożliwia tworzenie mat włóknistych o dostrojonych właściwościach mechanicznych dla zastosowań w środkach ochrony indywidualnej.

Przędzenie z rozdmuchiwaniem polimerowych włókien nanokompozytowych do środków ochrony indywidualnej

Przeglądaj więcej filmów