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

Эта работа была поддержана NIH K08 EB003996 и Парализованные ветераны Америки исследовательский фонд Грант 2573.

1. Выберите полимерных <ol><li> Выберите полимер (например, поли-L-молочной кислоты (PLLA), поликапролактон (PCL), полистирол (PS) или нейлон), основанный на ваши требования (например, биоразлагаемые, термопластичные или сшиваемые) и растворитель, что полимер. Выберите подходящую средств индивидуальной защиты на основе вашего выбора. </li><li> Выбор подложки на основе вашего приложения (например, стекло, пластик, металл или кремниевой пластине). </li></ol> 2. Выберите коллектор <ol><li> Выберите коллектор геометрии на основе ваших спецификаций. Случайные волокна могут быть собраны на стационарных плит. Унифицированные волокна могут быть собраны на быстро вращающиеся колеса, барабаны или стержней, или на параллельных пластин. </li><li> Коллектор должен быть проводящим и должна оставаться изолированной от аксель таким образом, что она может быть заземлен без заземления и смежных объектов, столешницы и т.д. </li></ol> 3. Приблизительная критической концентрации Запутанность Эмпирически 1 <ol><li> Подготовка нескольких кандидатов полимера концентрации (например, 4, 10, 15, 20, 30% по массе) и выбрать, что концентрация потоков (раствор должен быть вязкой жидкости, но не гель) для начала. </li><li> Настройка аппарата электропрядения 2,3,4,5 (см. рисунок 1) <ol><li> Нагрузка шприцевой насос и установить скорость насоса, что любое решение шарик стерты с наконечником будет немедленно заменен. </li><li> Земля коллектора и клип провод высокого напряжения к проводнику пластины (небольшой площади проводящих материалов, таких как алюминиевая фольга, через который выступает наконечника шприца). </li><li> Начать вращение колеса. </li><li> Убедитесь, что блок питания установлен в ноль перед включением. </li></ol></li><li> Обратите внимание на поток <ol><li> Рампа напряжения медленно и смотреть шарик решение на кончике иглы. </li><li> Настройка напряжения с целью получения длинных и устойчивый поток. Если устойчивый поток не может быть получено, настроить концентрации раствора полимера. См. Таблицу 1 для примера. </li></ol></li></ol> 4. Устранение неполадок - Stream: <ol><li> Проблемы при просмотре потока <ol><li> Используйте темные матовые фон и место однонаправленный источник света (например, фонариком) между зрителем и потока (см. рисунок 2). </li></ol></li><li> Капель из наконечника шприца <ol><li> Если раствор полимера капает прямо вниз без каких-либо привлечения к колесо, убедитесь, что дирижер пластина в контакт с иглой, и что коллектор в контакт с землей. </li><li> Если капля раствора полимера на кончике шприца склоняется в сторону колеса, но не формирование потока, увеличение напряжения. Качество потока можно регулировать путем изменения расстояния и напряжения до постоянного потока видна. См. рисунок 3 для предлагаемых расстояний с соответствующими напряжения для 4% раствора PLLA и пластины 8x8 см дирижер. </li></ol></li><li> Большие шарики на кончике шприца <ol><li> Когда раствор полимера начинает собирать и затвердевают на кончике иглы, салфетки шар покончить с бумажным полотенцем придает непроводящих палку. </li></ol></li><li> Осциллирующие или «вилять» потоки Когда поток виляет вверх и вниз быстро, уменьшите напряжение или увеличить расстояние между кончиком шприца и колеса. Если поток продолжает вилять использовать более высокую концентрацию полимера или добавить немного растворителя с более медленным испарением. </li><li> Короткие или прерывистых потоков Видимый устойчивый потоки решений наблюдаемых контакт с колесной пары при высоких скоростях вращения выход высокого качества единообразия и согласования. Когда поток коротким и прерывистым, увеличение полимерного раствора, добавляя больше медленным испарением растворителя, а также корректировку напряжения улучшит длину и устойчивость потока. </li></ol> 5. Поиск и устранение неисправностей - Волоконно Морфология 6,7,8 (см. рисунок 4) <ol><li> Бисероплетение Когда гранулы обнаружены в волокнах, увеличение полимерного раствора и убедитесь, что пластины проводника делает непрерывный контакт с иглой и заземленной металлической щеткой делает постоянном контакте с колесом. </li><li> Ленты и кровотечение волокна Когда волокна формируют как ленты или кровотечение вместе, используйте более высокую концентрацию полимера или растворителя с более высокой скоростью испарения (более летучих). </li><li> Причудливый узор или волнистые волокна Когда волокна формируют волн или завитков, увеличение скорости колеса или перемещение иглы дальше от коллектора. Кроме того, убедитесь, что пластины проводником и коллектор не вибрирует. </li><li> Пористость 9 Если поры устраивает, быстро испаряется растворитель. Если поры не требуется, то попробуйте добавить небольшое количество совместного растворителя, то есть менее волатильными, чем основной растворитель. </li><li> Выравнивание 10 Когда коллектор мовING на низких оборотах или в покое, выравнивание качество оставляет желать лучшего. Увеличение выравнивание за счет увеличения скорости колеса. </li></ol> 6. Представитель Результаты: Пожалуйста, обратитесь к рисунке 4 изображены типичные результаты волокна. <img src="/files/ftp_upload/2494/2494fig1.jpg" alt="Рисунок 1" /> Рисунок 1. Типичная установка электропрядения. Полимерного раствора (синий) освобождено от шприцевой насос (оранжевый). Высокого напряжения постоянного тока (зеленый) основания быстро вращающееся колесо коллектор (серый) на которые присоединились нановолокон собираются. Струю полимера между шприцем и коллекционер состоит из устойчивой потокового сегмента и быстро осциллирующими битья сегменте. <img src="/files/ftp_upload/2494/2494fig2.jpg" alt="Рисунок 2" /> . Рисунок 2 потокового струи видно выхода из наконечника шприца; битья струя слишком мала, чтобы не было видно. Приближение критической концентрации запутанности PLLA <table border="1"><tbody><tr><td> PLLA (% масс / объем) </td><td> Наблюдение </td><td> Концентрация Регулировка </td></tr><tr><td> 0,5 </td><td> Капель, нет потока </td><td> Повышение </td></tr><tr><td> 2,0 </td><td> Плевать небольшие шарики, нет потока </td><td> Increse немного </td></tr><tr><td> 4,0 </td><td> Устойчивый поток </td><td> Хорошо </td></tr><tr><td> 6,0 </td><td> Плевать большие шарики или бусы </td><td> Снижение немного </td></tr><tr><td> 12,0 </td><td> Clumping на кончике, нет потока </td><td> Снижение </td></tr></tbody></table> Таблица 1. Примеру изображением приближение критической концентрации запутанности PLLA. Различные концентрации полимера суду и в результате потокового струи, которые наблюдаются, пока устойчивый поток получается. <img src="/files/ftp_upload/2494/2494fig3.jpg" alt="Рисунок 3" /> Рисунок 3. Расстояния между кончиком шприца и коллектор должны быть сбалансированы с приложенным напряжением, чтобы получить устойчивый потокового струи. Превышение напряжения причины колебательного или струя &quot;вилять&quot; в форме, что приводит к менее хорошо выровнены волокон. Когда напряжение слишком низко, не струи образуют и решение будет только капать из наконечника шприца. Фиолетовый заштрихованной области выше, представляет напряжения диапазон, в котором устойчивое потокового струи можно получить для PLLA в зависимости от шприца к коллекторов расстояние. <img src="/files/ftp_upload/2494/2494fig4.jpg" alt="Рисунок 4" /> Рисунок 4. Electrospun волокна могут проявлять различные морфологии, в том числе бисером (А), ленты (B), завитков (С), пористых шариков (D), хорошее выравнивание (E) и бедных выравнивание (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>

Нет конфликта интересов объявлены.

Примечание: большинство примеров, представленные здесь дело с электропрядения поли-L-молочной кислоты (PLLA) нановолокон. Это просто потому, PLLA является наиболее часто нити полимера в нашей лаборатории. Тем не менее, мы также успешно использовал эти методы electrospin других полимеров (например, PLGA, PCL, PS) и считаем, что методы, представленные здесь легко применима к большинству средних и высокой молекулярной массой полимера решений.

<!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

Electrospun нановолокон леса, как было показано для ускорения созревания, улучшения роста, и прямой миграции клеток в пробирке. Электропрядения это процесс, в котором заряженного полимера струи собираются на заземленный коллектор; быстро вращающегося коллектора результатов в соответствие нановолокон во время стоянки результате коллекторов в хаотически ориентированных коврики волокна. Струю полимера образуется, когда применяется электростатический заряд преодолевает поверхностное натяжение раствора. Существует минимальная концентрация для данного полимера, называемая критическая концентрация запутанности, ниже которого стабильным струи не может быть достигнута и без нановолокон будет форме - хотя наночастицы могут быть достигнуты (электрораспылением). Стабильная струя имеет два домена, потоковое сегмента и сегмента битья. Хотя порка струи, как правило, невидимы для невооруженного глаза, потоковое сегмента часто видны при определенных условиях освещения. Наблюдение длина, толщина, последовательность и движение потока полезно для прогнозирования выравнивание и морфологии нановолокон формируется. Короче говоря, неоднородное, непоследовательными и / или колеблющегося потока указывает на ряд проблем, в том числе бедных выравнивание волокна, бисероплетение, разбрызгивание и причудливый узор или волнистые узоры. Поток может быть оптимизирована путем регулирования состава раствора и конфигурация электропрядения аппарата, оптимизируя, таким образом выравнивание и морфология волокна производится. В этом протоколе, мы представляем порядок создания основного аппарата электропрядения, эмпирически аппроксимирующей критической концентрации запутанности полимерного раствора и оптимизации электропрядения процесса. Кроме того, мы обсудим некоторые общие проблемы и устранению неполадок.

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

Electrospinning Fundamentals: Optimizing Solution and Apparatus Parameters

Электропрядения методы могут создавать различные nanofibrous лесов для тканевой инженерии или другие приложения. Мы описываем здесь процедура оптимизации параметров электропрядения решения и аппарат для получения волокон с желаемой морфологией и выравнивание. Общие проблемы и устранению неполадок также представлены.

Электропрядения Основы: Оптимизация решений и аппараты Параметры

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-слоистых электропрядения имитировать Родные Артериальная Архитектура использованием поликапролактон, эластин и коллаген: Предварительное исследование

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

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

Количественно измерения В месте Потоков с использованием Автономные подводные аппараты Velocimetry (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

Малый и широкий угол рассеяния рентгеновских лучей исследования биологических макромолекул в растворе

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

Электропрядения фактор роста Освобождение микросфер в волокнистых Строительные леса

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

Сочетание Microstereolithography и электропрядения Произвести Мембраны Оснащен ниши для роговицы регенерации

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

Оптимизация пристрастие к мезенхимальных стволовых клеток человека на поли (ε-капролактон) Electrospun пряжи

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

Адаптация процесса электропрядения чтобы обеспечить три уникальных условиях для Tri-слоистые<em&gt; In Vitro</em&gt; Модель дыхательных путях стены

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

Пользовательские разработанный на основе лазера Отопление Аппарат для Triggered версии цисплатина из термочувствительного липосом с магнитно-резонансной Руководство Image

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

Быстрое сканирование электронного парамагнитного резонанса открывает новые возможности для обработки изображений Физиологически Важные параметры<em&gt; В 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

Изготовлении разложению Thermoresponsive гидрогелей на различных масштабах длины через реактивной экструзии, микрофлюидика, самостоятельной сборки и Electrospinning

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