Name: electrospinning fundamentals: optimizing solution and apparatus parameters
Uploaded: 2011-01-21T17:00:00
Duration: 7 min 57 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Electrospinning Fundamentals: Optimizing Solution and Apparatus Parameters at JoVE.com

Este trabalho foi financiado pelo NIH K08 EB003996 e os Veteranos Paralisados ​​da América Research Foundation Grant 2573.

1. Escolha um Polímero <ol><li> Escolha um polímero (por exemplo, poli-L-láctico (PLLA), policaprolactona (PCL), poliestireno (PS) ou nylon) com base em suas especificações (por exemplo, biodegradável, termoplástico ou cross-linkable) e um solvente que de polímero. Escolha o equipamento de protecção individual adequado com base em sua seleção. </li><li> Selecione um substrato com base na sua aplicação (por exemplo, pastilha de vidro, metal, plástico ou silicone). </li></ol> 2. Escolha um coletor <ol><li> Escolha a geometria do coletor com base em suas especificações. Fibras aleatórias podem ser coletados em placas estacionárias. Fibras alinhadas podem ser coletados em rotação rápida rodas, tambores ou varas, ou em placas paralelas. </li><li> O coletor deve ser condutora e deve permanecer isolada do seu eixo de tal forma que ele pode ser aterrado sem aterramento também objetos adjacentes, o tampo da mesa, etc </li></ol> 3. Aproximar as Concentração Entanglement Critical Empiricamente 1 <ol><li> Prepare concentrações candidato várias polímero (por exemplo, 4, 10, 15, 20, 30% em peso) e escolha uma concentração que flui (a solução deve ser um líquido viscoso, mas não um gel) para começar. </li><li> Configurar o aparelho electrospinning 2,3,4,5 (ver Figura 1) <ol><li> Carregar a bomba de seringa e definir a velocidade da bomba de tal forma que qualquer gota de solução limpou a partir da ponta é imediatamente substituído. </li><li> Coletor o solo eo grampo do fio de alta tensão para a placa de condutores (um pequeno quadrado de material condutor, como folha de alumínio através da qual se projeta a ponta da seringa). </li><li> Começar a girar a roda. </li><li> Certifique-se o fornecimento de energia está definido para zero antes de ligá-lo. </li></ol></li><li> Observar o fluxo <ol><li> Rampa de tensão se devagar e ver o talão da solução na ponta da agulha. </li><li> Ajustar a tensão para obter um fluxo duradouro e estável. Se um fluxo constante não pode ser obtida, ajustar a concentração da solução de polímero. Ver Tabela 1 para um exemplo. </li></ol></li></ol> 4. Solução de problemas - o Stream: <ol><li> Problemas para visualizar o fluxo de <ol><li> Use um pano de fundo fosco escuro e coloque uma fonte de luz unidirecional (como uma lanterna) entre o espectador eo fluxo (ver figura 2). </li></ol></li><li> Pingando da ponta da seringa <ol><li> Se a solução de polímero está gotejando para baixo com nenhuma atração para a roda, certifique-se o prato condutor está fazendo contato com a ponta da agulha e que o coletor está fazendo contato com o solo. </li><li> Se a gota de polímero solução na ponta da seringa está inclinado na direção da roda, mas não está formando uma corrente, aumentar a tensão. A qualidade do fluxo pode ser ajustado pela variação da distância e da tensão até um fluxo constante é visível. Veja a Figura 3 para distâncias sugeridas com tensões correspondentes para uma solução de PLLA 4% e uma placa de condutores 8x8 cm. </li></ol></li><li> Globs grande na ponta da seringa <ol><li> Quando a solução de polímero começa a coletar e endurecer na ponta da agulha de furto, o glob afastado com uma toalha de papel anexado a uma vara não-condutor. </li></ol></li><li> Oscilante ou &#39;abanar&#39; streams Quando o fluxo está abanando cima e para baixo rapidamente, diminua a tensão ou aumentar a distância entre a ponta da seringa e da roda. Se o fluxo continua a abanar utilizar uma maior concentração de polímero ou adicionar um pouco de solvente a uma menor evaporação. </li><li> Fluxos de curto ou descontínuo Visível córregos constantes fazer contato observáveis ​​com o conjunto roda em alta velocidade de rotação de rendimento a mais alta qualidade de uniformidade e alinhamento. Quando o fluxo é curta e descontínua, aumentando a solução de polímero, adicionando mais lenta evaporação do solvente, e ajustar a tensão vai melhorar o comprimento ea estabilidade do fluxo. </li></ol> 5. Solução de problemas - Morfologia Fiber 6,7,8 (veja a Figura 4) <ol><li> Beading Quando contas são descobertos em fibras, aumentar a solução de polímero e certifique-se o prato condutor está fazendo contato contínuo com a agulha e que a escova de fio terra está fazendo contato contínuo com a roda. </li><li> Fitas e fibras de sangramento Quando as fibras estão se formando como fitas ou estão sangrando juntas, use uma maior concentração de polímero ou um solvente com uma maior taxa de evaporação (mais voláteis). </li><li> Fibras Curlicue ou ondulado Quando as fibras estão formando ondas ou arabescos, aumentar a velocidade da roda ou mover a ponta da agulha mais do coletor. Além disso, verifique se a placa de condutores e coletor não estão vibrando. </li><li> Porosidade 9 Se os poros são desejados, use um solvente evapora rapidamente. Se os poros não são desejados, tente adicionar uma pequena quantidade de co-solvente, que é menos volátil do que o solvente principais. </li><li> Alinhamento 10 Quando o coletor é moving em baixas rotações ou em repouso, a qualidade de alinhamento é pobre. Aumentar o alinhamento, aumentando a velocidade da roda. </li></ol> 6. Resultados representativos: Por favor, veja a Figura 4 para representações de resultados de fibra típica. <img src="/files/ftp_upload/2494/2494fig1.jpg" alt="Figura 1" /> Figura 1. A configuração electrospinning típico. A solução de polímero (azul) está dispensada de uma bomba de seringa (laranja). A alta tensão de alimentação DC (verde) motivos um coletor de rodas de rotação rápida (cinza), sobre o qual nanofibras alinhadas são coletados. O jato de polímero entre a seringa eo coletor consiste de um segmento de constante fluxo e um segmento rapidamente oscilante chicotadas. <img src="/files/ftp_upload/2494/2494fig2.jpg" alt="Figura 2" /> . Figura 2 O jet streaming é visível sair da ponta da seringa; o jato chicotadas é muito pequeno para ser visto. Aproximar a concentração entrelaçamento crítico de PLLA <table border="1"><tbody><tr><td> PLLA (% wt / v) </td><td> Observação </td><td> Ajuste de concentração </td></tr><tr><td> 0,5 </td><td> Gotejamento, sem fluxo </td><td> Aumento </td></tr><tr><td> 2,0 </td><td> Cuspindo globs pequena, sem fluxo </td><td> Increse ligeiramente </td></tr><tr><td> 4,0 </td><td> Fluxo constante </td><td> Bom </td></tr><tr><td> 6 </td><td> Cuspindo globs grandes ou contas </td><td> Diminuir ligeiramente </td></tr><tr><td> 12,0 </td><td> Aglomeração na ponta; nenhum fluxo </td><td> Diminuir </td></tr></tbody></table> Tabela 1. Um exemplo que descreve a aproximação da concentração entrelaçamento crítico de PLLA. Várias concentrações de polímero são julgados e os jatos resultantes de streaming observado até um fluxo constante é obtida. <img src="/files/ftp_upload/2494/2494fig3.jpg" alt="Figura 3" /> Figura 3. A distância entre a ponta da seringa eo coletor deve ser equilibrada com a tensão aplicada para obter um jato constante streaming. Tensão aplicada em excesso provoca uma oscilação ou jet &#39;abanar&#39; a forma que resulta em menos fibras bem alinhadas. Quando a tensão é muito baixa, não vai jet forma ea solução só por gotejamento a partir da ponta da seringa. A região sombreada roxa acima representa a faixa de tensão sobre a qual um jato constante de streaming pode ser obtido para PLLA em função da seringa para coletor de distância. <img src="/files/ftp_upload/2494/2494fig4.jpg" alt="Figura 4" /> Fibras Figura 4. Electrospun podem apresentar uma variedade de morfologias, incluindo beading (A), fitas (B), (C) arabescos, globs porosos (D), bom alinhamento (E) e mau alinhamento (F).

<ol>
	<li>Shenoy, S. L., Bates, W. D., Frisch, H. L., Wnek, G. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Role+of+chain+entanglements+on+fiber+formation+during+electrospinning+of+polymer+solutions:+good+solvent,+non-specific+polymer-polymer+interaction+limit.">Role of chain entanglements on fiber formation during electrospinning of polymer solutions: good solvent, non-specific polymer-polymer interaction limit.</a> Polymer. 46, 3372-3384 (2005).</li><li>Gertz, C. C., Leach, M. K., Birrel, L. K., Martin, D. C., Feldman, E. L., Corey, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Accelerated+neuritogenesis+and+maturation+of+primary+spinal+motor+neurons+in+response+to+nanofibers.">Accelerated neuritogenesis and maturation of primary spinal motor neurons in response to nanofibers.</a> Dev. Neurobiol. 70, 589-603 (2010).</li><li>Lin, D. Y., Johnson, M. A., Vohden, R. A., Chen, D., Martin, D. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tailored+nanofiber+morphologies+using+modulated+electrospinning+for+biomedical+applications.">Tailored nanofiber morphologies using modulated electrospinning for biomedical applications.</a> Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 736, D3.8.1-D3.8.6 (2003).</li><li>Corey, J. M., Gertz, C. C., Wang, B. S., Birrell, L. K., Johnson, S. L., Martin, D. C., Feldman, E. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+design+of+electrospun+PLLA+nanofiber+scaffolds+compatible+with+serum-free+growth+of+primary+motor+and+sensory+neurons.">The design of electrospun PLLA nanofiber scaffolds compatible with serum-free growth of primary motor and sensory neurons.</a> Acta. Biomater. 4, 863-875 (2008).</li><li>Corey, J. M., Lin, D. Y., Mycek, K. B., Chen, Q., Samuel, S., Feldman, E. L., Martin, D. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aligned+electrospun+nanofibers+specify+the+direction+of+dorsal+root+ganglia+neurite+growth.">Aligned electrospun nanofibers specify the direction of dorsal root ganglia neurite growth.</a> J. Biomed. Mater. Res. A. 83, 636-645 (2007).</li><li>Tan, S. -. H., Kotaki, M., Ramakrishna, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Systematic+parameter+study+for+ultra-fine+fiber+fabrication+via+electrospinning+process.">Systematic parameter study for ultra-fine fiber fabrication via electrospinning process.</a> Polymer. 46, 6128-6134 (2005).</li><li>Yang, F., Murugan, R., Wang, S., Ramakrishna, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrospinning+of+nano/micro+scale+poly(L-lactic+acid)+aligned+fibers+and+their+potential+in+neural+tissue+engineering.">Electrospinning of nano/micro scale poly(L-lactic acid) aligned fibers and their potential in neural tissue engineering.</a> Biomaterials. 26, 2603-2610 (2005).</li><li>Li, W., Laurencin, C. T., Caterson, E. J., Tuan, R. S., Ko, F. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrospun+nanofibrous+structure:+A+novel+scaffold+for+tissue+engineering.">Electrospun nanofibrous structure: A novel scaffold for tissue engineering.</a> J. Biomed. Mater. Res. A. 60, 613-621 (2002).</li><li>Kim, C. H., Jung, Y. H., Kim, H. Y., Lee, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+collector+temperature+on+the+porous+structure+of+electrospun+fibers.">Effect of collector temperature on the porous structure of electrospun fibers.</a> Macromol. Res. 14, 59-65 (2006).</li><li>Wang, H. B., Mullins, M. E., Cregg, J. M., Hurtado, A., Oudega, M., Trombley, M. T., Gilbert, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Creation+of+highly+aligned+electrospun+poly-L-lactic+acid+fibers+for+nerve+regeneration+applications.">Creation of highly aligned electrospun poly-L-lactic acid fibers for nerve regeneration applications.</a> J. Neural Eng. 6, (2009).</li></ol>

Não há conflitos de interesse declarados.

Nota: A maioria dos exemplos aqui apresentados lidar com electrospinning poli-L-láctico (PLLA) nanofibras. Isto é simplesmente porque é o polímero PLLA mais comumente girada em nosso laboratório. No entanto, também temos utilizado com sucesso destes métodos para electrospin outros polímeros (por exemplo, PLGA, PCL, PS) e acreditam que as técnicas aqui apresentadas são facilmente aplicáveis ​​para a maioria de médio a alto peso molecular de soluções de polímeros.

<!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD XHTML 1.0 Transitional//EN" "http://www.w3.org/TR/xhtml1/DTD/xhtml1-transitional.dtd">
<html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml" xml:lang="en" lang="en">	
		
		<div>
		<table border="1">
		<thead>
		<tr>
		<th>Material Name</th>
		<th>Type</th>
		<th>Company</th>
		<th>Catalogue Number</th>
		<th>Comment</th>
		</tr>
		</thead>
		<tbody>
		
<tr>
<td>High voltage DC power supply</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Gamma High Voltage</td>
<td>ES40P-5W</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Syringe pump</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>KD Scientific</td>
<td>KDS100</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Aluminum foil</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Reynolds</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Blunt metal tips, 23ga</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Fisher</td>
<td>13-850-102 </td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Polypropylene syringe</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>BD</td>
<td>309585</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Rotating or stationary collector</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Custom built</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Various alligator clips and wires</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Dimethylformamide</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Fisher</td>
<td>AC11622-0010</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Chloroform</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Fisher</td>
<td>AC42355-0040 </td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>PLLA</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Boehringer Ingelheim</td>
<td>Resomer L210</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>PLGA 85:15</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Sigma</td>
<td>43471</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Carbon tape</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Ted Pella</td>
<td>13073-1</td>
<td>&nbsp;</td>		</tbody>
		</table>
		</div>

electrospinning fundamentals: optimizing solution and apparatus parameters

Andaimes electrospun nanofibras foram mostrados para acelerar a maturação, melhorar o crescimento, e direcionar a migração de células in vitro. Eletrofiação é um processo em que um polímero é cobrado jet coletados em um coletor aterrado; uma rápida rotação resultados coletor em nanofibras alinhadas enquanto resultado coletores estacionários em esteiras de fibra orientados aleatoriamente. O jato de polímero é formado quando uma carga eletrostática aplicada supera a tensão superficial da solução. Há uma concentração mínima para um dado polímero, chamado de concentração de emaranhamento crítico, abaixo do qual um jato estável não pode ser alcançado e não nanofibras formará - embora as nanopartículas podem ser alcançados (electrospray). Um jato estável tem dois domínios, um segmento de streaming e um segmento de chicotadas. Enquanto o jato chicotadas é geralmente invisíveis a olho nu, o segmento de transmissão é muitas vezes visível sob condições de iluminação apropriada. Observando-se o comprimento, espessura, consistência e movimento do fluxo é útil para prever o alinhamento e morfologia do nanofibras sendo formado. Um fluxo de curto, não uniforme, inconsistente e / ou oscilante é indicativo de uma variedade de problemas, incluindo o alinhamento de fibra pobres, beading, splattering e padrões curlicue ou ondulado. O fluxo pode ser otimizado, ajustando a composição da solução e da configuração do aparelho eletrofiação, otimizando o alinhamento e morfologia das fibras sendo produzido. Neste protocolo, apresentamos um procedimento para a criação de um aparato electrospinning básico, empiricamente aproximar a concentração entrelaçamento crítico de uma solução de polímero e otimizar o processo de eletrofiação. Além disso, discutimos alguns problemas comuns e técnicas de solução de problemas.

Watch this Scientific Journal Video about Electrospinning Fundamentals: Optimizing Solution and Apparatus Parameters at JoVE.com

Electrospinning Fundamentals: Optimizing Solution and Apparatus Parameters

Eletrofiação técnicas podem criar uma variedade de andaimes de nanofibras para engenharia de tecidos ou outros aplicativos. Descrevemos aqui um procedimento para otimizar os parâmetros da solução de eletrofiação e aparelhos para obter fibras com a morfologia desejada e alinhamento. Problemas comuns e técnicas de solução também são apresentados.

Fundamentos eletrofiação: Solução de Otimização e Parâmetros Aparelho

Electrospun nanofiber scaffolds have been shown to accelerate the maturation, improve the growth, and direct the migration of cells in vitro. ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Tri-layered Electrospinning to Mimic Native Arterial Architecture using Polycaprolactone, Elastin, and Collagen: A Preliminary Study

Tri-layered Electrospinning para Mimic Arquitetura Arterial nativos usando policaprolactona, elastina e colágeno: um estudo preliminar

Throughout native artery, collagen and elastin play an important role, providing a mechanical backbone, preventing vessel rupture, and promoting recovery ...

Bioengenharia

Quantitatively Measuring In situ Flows using a Self-Contained Underwater Velocimetry Apparatus (SCUVA)

Quantitatively Measuring In situ Flows using a Self-Contained Underwater Velocimetry Apparatus SCUVA

Medir quantitativamente In situ Fluxos usando um Aparelho Autônomo de Velocimetria Underwater (SCUVA)

The ability to directly measure velocity fields in a fluid environment is necessary to provide empirical data for studies in fields as diverse as ...

Small and Wide Angle X-Ray Scattering Studies of Biological Macromolecules in Solution

Pequenas e Wide Angle X-Ray Scattering Estudos de macromoléculas biológicas em solução

In this paper, Small and Wide Angle X-ray Scattering (SWAXS) analysis of macromolecules is demonstrated through experimentation. SWAXS is a technique ...

Electrospinning Growth Factor Releasing Microspheres into Fibrous Scaffolds

Electrospinning Fator de Crescimento Releasing Microesferas em fibrosa Andaimes

This procedure describes a method to fabricate a multifaceted substrate to direct nerve cell growth.  This system incorporates mechanical, topographical, ...

Combination of Microstereolithography and Electrospinning to Produce Membranes Equipped with Niches for Corneal Regeneration

Combinação de Microstereolithography e Electrospinning Produzir Membranas Equipado com nichos para a Regeneração da córnea

Corneal problems affect millions of people worldwide reducing their quality of life significantly. Corneal disease can be caused by illnesses such as ...

Optimizing Attachment of Human Mesenchymal Stem Cells on Poly(&#949;-caprolactone) Electrospun Yarns

Optimizing Attachment of Human Mesenchymal Stem Cells on PolyÃƒÅ½Ã‚Âµ-caprolactone Electrospun Yarns

Otimizando Penhora de mesenquimais humanas Células-Tronco em Poly (ε-caprolactona) electrospun Yarns

Research into biomaterials and tissue engineering often includes cell-based in vitro investigations, which require initial knowledge of the starting cell ...

Adapting the Electrospinning Process to Provide Three Unique Environments for a Tri-layered In Vitro Model of the Airway Wall

Adapting the Electrospinning Process to Provide Three Unique Environments for a Tri-layered In Vitro Model of the Airway Wall

Adaptação do Processo Electrospinning para fornecer três ambientes únicos para um Tri-camadas<em&gt; In Vitro</em&gt; Modelo da parede das vias aéreas

Electrospinning is a highly adaptable method producing porous 3D fibrous scaffolds that can be exploited in in vitro cell culture. Alterations to ...

Custom-designed Laser-based Heating Apparatus for Triggered Release of Cisplatin from Thermosensitive Liposomes with Magnetic Resonance Image Guidance

Customizado aparelho de aquecimento à base de laser para lançamento acionado de cisplatina de termossensível lipossomas com Ressonância Magnética Orientação Imagem

Liposomes have been employed as drug delivery systems to target solid tumors through exploitation of the enhanced permeability and retention (EPR) effect ...

Rapid Scan Electron Paramagnetic Resonance Opens New Avenues for Imaging Physiologically Important Parameters In Vivo

Rapid Scan Electron Paramagnetic Resonance Opens New Avenues for Imaging Physiologically Important Parameters In Vivo

Rápida digitalização ressonância paramagnética eletrônica abre novos caminhos para criação de imagens fisiologicamente parâmetros importantes<em&gt; In Vivo</em

We demonstrate a superior method of 2D spectral-spatial imaging of stable radical reporter molecules at 250 MHz using rapid-scan ...

Fabricating Degradable Thermoresponsive Hydrogels on Multiple Length Scales via Reactive Extrusion, Microfluidics, Self-assembly, and Electrospinning

Fabricando degradáveis hidrogel de Thermoresponsive em várias escalas de comprimento através da extrusão reativa, microfluídica, auto-montagem e eletrofiação

While various smart materials have been explored for a variety of biomedical applications (e.g., drug delivery, tissue engineering, bioimaging, etc.), ...