Speciální kolektory pro elektrostatické zvlákňování
Title Alternative:Special collectors for electrospinning
Loading...
Date
2012-01-01
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Technická Univerzita v Liberci
Abstract
Během své relativné dlouhé existence se lidstvo na této planetě, jeho kultura i náboženství neustále vyvíjejí. Lidstvo prošlo obdobím doby kamenné, železné i dobou bronzovou. Tato období přinášela vždy nové poznatky a materiály. Několik posledních desetiletí je označováno jako doba polymerních materiálů. Tyto materiály jsou hojně využívány v každodenním životě každého z nás. V současnosti je zcela zřejmé, že dochází k miniaturizaci zařízení a tato společnost prožívá období, které můžeme bez pochyb nazvat obdobím nanotechnologií. Používaná zařízení a přístroje procházejí stále zlepšováním a zrychlováním všech potřebných funkcí. Velmi často se pohybujeme velikostně v řádu jen několika desítek nanometrů. Člověk se naučil novými technologickými procesy postupně řídit uspořádání hmoty a tím vytvářet nové materiály, které jsou velice podobné přírodním materiálům. Tyto lépe splňují požadované parametry a nároky na ně kladené dnešní dobou. Stále hledáme jednodušší a produktivnější způsoby výroby. To vede k úspoře energií a k rozvoji nových materiálů, kam neodmyslitelně patří také již zmiňované nanomateriály. V textilní oblasti se současný vývoj zaměřil především na přípravu vláken, která dosahují submikronových průměrů. Tato vlákna se mohou připravovat buď z polymerního roztoku, nebo z polymerní taveniny. Technologie výroby vláken, na kterou jsem se zaměřil v disertační práci a kterou budu popisovat, se týká zvlákňování z polymerního roztoku a nazývá se elektrostatické zvlákňování (electrospinning). Terminologické označení elektrostatického zvlákňování je odvozeno z anglického výrazu, ale zcela fyzikálně přesně by toto mělo být označeno jako elektrické zvlákňování. Protože při zvlákňování dochází nejen k statickým, ale i dynamickým jevům, jako jsou dloužení a bičování polymerní trysky. Všechny tyto statické i dynamické jevy vedou až k tvorbě finálních vláken. Vlákna připravená touto technologií jsou velice jemná a právem jsou považována za materiál třetího tisíciletí. Cílem mojí disertační práce je ovlivňovat elektrické pole pomocí speciálních kolektorů ve zvlákňovacím prostoru a tím ovlivnit samotný proces elektrického zvlákňování (elektrospinningu). Chci navrhnout a vytvořit takové kolektory, které umožní vytvoření nanovlákenné vrstvy použitelné zejména pro tkáňové inženýrství. Vytvořit materiály vhodné například pro filtraci a obecně ovlivnit strukturu nanovlákenných vrstev tak, aby splňovaly nároky v dané aplikaci na ně kladené. Uvádím snímky navržených a vytvořených kolektorů a doplňuji je o analýzu nanovlákenných vrstev elektronovým mikroskopem a obrazovou analýzou. Práce také obsahuje matematické modelování elektrického pole pomocí programu Comsol Multyphysic, pro vyšetření fyzikální podstaty elektrického pole v blízkosti speciálních kolektorů. Elektricky zvlákněné vrstvy jsou testovány na proliferaci buněk ve spolupráci s 2. LF UK v Praze. Disertační práce má za cíl vytvořit přehled a rozdělení těchto speciálních kolektorů. Chci ukázat široké možnosti příprav netradičních nanovlákenných vrstev různých plošných hmotností, způsoby ovlivnění průměrů nanovláken. Také možnost vytváření vzorovaných nanovlákenných vrstev. Kolektory navržené a popsané v této práci je také možné následně použít v průmyslové výrobě.
During a relatively long existence of human on the Earth, his culture and religion are still developing. The human kind went through the Stone, Iron and also the Bronze Age. These periods always brought new knowledge and materials. The last several decades were marked as the time of polymer materials. These materials are widely used for everyday life. Nowadays it is obvious that it comes to miniaturization of facilities and the society goes through the time, which can be called without any doubts the time of nanotechnologies. Used facilities and machines are going through the development and acceleration of all important functions. We very often speak in terms of only several nanometres. A human learned through the new technological processes to operate the matter layout and through that create new materials which are very similar to the natural ones. The materials better meet required parameters and demands that are placed on them today. We are still looking for easier and more efficient ways of production. It leads to energy savings and to the development of new materials. Into this group obviously belong the nannomaterials. In the textile area the current development is mainly focused on the preparation of the fibres which reach the submicron averages. These fibres can be prepared either from the polymer solution or from the polymer melt. The technology of fibre production, which is closely described in my dissertation thesis, is related to the fibre production from polymer solution and it´s called electrospinning. . The terminology of electrospinning is derived from an English term, but the exact physical term for that should be the electric spinning, because during the spinning comes not only to static but even to dynamic effect like drawing and whipping of polymer jet. All these static and dynamic effects lead to the production of final fibres. Fibres prepared though this technology are very delicate and are rightfully considerate the material of the third millennium. The aim of the dissertation thesis is to influence the electrostatic field through the special collectors in the space between electrodes and by that influence the process of electrospinning by itself. I would like to suggest and produce a kind of collectors which enable the production of a nannofibre layer that can be mainly used for tissue engineering. My aim also is to design the materials suitable for example fort filtration and generally influence the structure of nannofibre layers so they refer to demands which are laid on them in a particular application. I introduce the photos of designed and produced collectors and complete them with analyses of nannofibre layers by the electron microscope and by the picture analyses. The thesis also contents the mathematic modelling of electric field with the aid of Comsol Multyphysic Programme for investigation of physical substance of electric field close to the special collectors. Electrically spinned layers are being tested on proliferation of cells in cooperation with the 2nd Medical Faculty of Charles university of Prague. The aim of the thesis is it to produce the summary of types of special collectors. I would like to show a wide range of possibilities to prepare unconventional nannofibre layers of various sheets mass, the ways to influence the average of nannofibres and also the possibility of production of patterned nannofibre layers. The collectors described in the thesis can be also used for industry production.
During a relatively long existence of human on the Earth, his culture and religion are still developing. The human kind went through the Stone, Iron and also the Bronze Age. These periods always brought new knowledge and materials. The last several decades were marked as the time of polymer materials. These materials are widely used for everyday life. Nowadays it is obvious that it comes to miniaturization of facilities and the society goes through the time, which can be called without any doubts the time of nanotechnologies. Used facilities and machines are going through the development and acceleration of all important functions. We very often speak in terms of only several nanometres. A human learned through the new technological processes to operate the matter layout and through that create new materials which are very similar to the natural ones. The materials better meet required parameters and demands that are placed on them today. We are still looking for easier and more efficient ways of production. It leads to energy savings and to the development of new materials. Into this group obviously belong the nannomaterials. In the textile area the current development is mainly focused on the preparation of the fibres which reach the submicron averages. These fibres can be prepared either from the polymer solution or from the polymer melt. The technology of fibre production, which is closely described in my dissertation thesis, is related to the fibre production from polymer solution and it´s called electrospinning. . The terminology of electrospinning is derived from an English term, but the exact physical term for that should be the electric spinning, because during the spinning comes not only to static but even to dynamic effect like drawing and whipping of polymer jet. All these static and dynamic effects lead to the production of final fibres. Fibres prepared though this technology are very delicate and are rightfully considerate the material of the third millennium. The aim of the dissertation thesis is to influence the electrostatic field through the special collectors in the space between electrodes and by that influence the process of electrospinning by itself. I would like to suggest and produce a kind of collectors which enable the production of a nannofibre layer that can be mainly used for tissue engineering. My aim also is to design the materials suitable for example fort filtration and generally influence the structure of nannofibre layers so they refer to demands which are laid on them in a particular application. I introduce the photos of designed and produced collectors and complete them with analyses of nannofibre layers by the electron microscope and by the picture analyses. The thesis also contents the mathematic modelling of electric field with the aid of Comsol Multyphysic Programme for investigation of physical substance of electric field close to the special collectors. Electrically spinned layers are being tested on proliferation of cells in cooperation with the 2nd Medical Faculty of Charles university of Prague. The aim of the thesis is it to produce the summary of types of special collectors. I would like to show a wide range of possibilities to prepare unconventional nannofibre layers of various sheets mass, the ways to influence the average of nannofibres and also the possibility of production of patterned nannofibre layers. The collectors described in the thesis can be also used for industry production.