折り紙

Nov 18, 2023

Scientific Reports volume 13、記事番号: 7083 (2023) この記事を引用

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2 オルトメトリック

メトリクスの詳細

ファーフィールドエレクトロスピニングによる高度に整列した繊維の製造は、達成するのが困難な課題です。 複数の研究により、エレクトロスピニング繊維の整列における進歩が示されており、これには複雑な追加、多段階の製造、および高価なコンポーネントを伴う従来のエレクトロスピニング設定の修正が含まれます。 この研究では、高度に整列したファーフィールド電界紡糸ファイバーを生成するための、折り紙構造を備えた新しいコレクター設計を紹介します。 折り紙コレクターは回転ドラムに取り付けられており、ファイバー製造の各ラウンドごとに簡単に取り付けたり取り外したりできます。 このシンプルで効果的かつ安価な技術により、他の製造タイプのセットアップをそのまま維持しながら、高品質の超整列ファイバーが得られます。 エレクトロスピニングされたポリ (ε-カプロラクトン) (PCL) 繊維は、走査型電子顕微鏡 (SEM)、繊維直径分布、水接触角 (WCA)、高速フーリエ変換分析 (FFT)、表面プロット プロファイル、およびピクセル強度プロットによって評価されました。 私たちは、ポリマー濃度、注入速度、コレクターの回転速度、コレクターからチップまでの距離、ニードルゲージ番号などの影響力のあるパラメーターが繊維の品質と配列に及ぼす影響を徹底的に調査しました。 さらに、機械学習アルゴリズムを採用して結果を予測し、低品質の製品ではなく高品質の繊維を分類しました。

エレクトロスピニング技術は、さまざまなポリマー、コポリマー、およびポリマーの組み合わせからナノスケールからマイクロスケールの繊維を生成するために広く使用されています。 一般に、ファーフィールドエレクトロスピニングセットアップは回転ドラムと組み合わせて、整列した繊維を作成します。 ただし、整列した繊維の作成は、回転ドラムだけに依存するものではなく、制御される複数の要素の機能によって決まります。 繊維の配向を高度に制御することは、薬物送達 1、組織工学 2、3、4、創傷治癒 5、バイオセンサー 6、7、神経再生 8、9、およびその他の生物医学的応用 10、11、12 を含む繊維の応用範囲を広げるために重要です。 通常、整列した繊維に使用される従来の円筒形マンドレルには、繊維の堆積と整列を厳密に制御できないなど、特定の制限があります13。 また、マンドレルを回転させると、低速では繊維がランダムに堆積する可能性があるが、マンドレルの速度が高くなると繊維が適切に配向される可能性があることも報告されています。 それにもかかわらず、コレクタ速度の微調整は必須である。なぜなら、コレクタ速度が高いと、異方性の程度を制御できないためにファイバの整列が悪化するからである14,15。 さらに、高度に整列したファイバーを製造するには、複雑な設定（針の軸を中心に補助電極を回転させる）16、高価な追加（平行電極コレクターの追加）17、および複数の製造段階（線引き後）18も必要となる場合があります。

研究者らは、整列した繊維を形成するための多用途な方法を提案している19、20、21、22、23。 最近、Cui ら。 は、カプセル化されたシプロフロキサシンの放出を制御するために、キトサンを用いて整列した PCL 膜を作製しました。 この研究では、たとえ薬剤を充填した膜が繊維の高度な整列を示さなかったとしても、同軸エレクトロスピニングを使用して、創傷治癒用途のためのランダム/整列した繊維を生成した。 Hu ら 24 および Xu ら 25 による他の研究では、それぞれ直径 280 mm および 200 mm の薄いディスクコレクタを介して、高度に整列したファイバーの製造に成功しました。 この方法では繊維の配向を向上させることができますが、このタイプのコレクターでは整列した繊維を収集するためのアクセス可能な領域が限られています。 カドールら。 プラスチックカップをアルミホイルで覆い、銅線をカップの中心に中央ピンとして配置し、両方を同じアースに接続しました。 著者らは、エレクトロスピニングへの事前の処理が必要であったものの、生成された繊維からボイドとビーズを首尾よく除去したと主張した26。 研究者の中には、コレクタ領域上の電界紡糸繊維の配向と堆積を高度に制御するために補助電極のセットアップを利用した人もいます27。 たとえば、Zaho et al。 通常の回転ドラムの代わりに平行電極コレクターを使用し、コレクターと針の間に正に帯電した銅リングを配置しました。 高度に整列したナノファイバーは、長い紡糸時間で生成されました。 ただし、追加によりセットアップがかなり複雑になり、コストがかかります28。 Tindell らによる最近の研究では、磁気補助エレクトロスピニングを使用することにより、繊維配向の正確な空間制御が達成されました。 セットアップに複数の磁石構成を設置することにより、磁性領域内の高度に整列したファイバーや非磁性領域内の滑らかに整列したファイバーなど、さまざまなファイバー勾配が生成されました29。 この研究では、高度に整列した繊維は磁石の構成に完全に依存しています。 さらに、他の研究では、繊維を反対方向からコレクター上に堆積させる横方向の紡糸口金を介してナノファイバーを製造しました。 たとえば、2019 年に Tian ら。 は、コンジュゲートエレクトロスピニングセットアップを採用し、セットアップの条件を改善することで整列したマイクロファイバーを実現しました。 製造されたファイバーは、調整可能な磁性、電気的異方性伝導、蛍光の増強などの重要な機能の恩恵を受けました 32。