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on 1936 bis heute: Wie hat sich die Schmelzelektrospinntechnologie weiterentwickelt und eine neue Ära des 3D-Drucks eingeleitet
Seit ihrer ersten Beschreibung im Jahr 1936 hat sich die Schmelzelektrospinntechnologie als Verfahren zur Herstellung von Faserstrukturen schrittweise weiterentwickelt und ihre Anwendungsbereiche erweitert, insbesondere in den Bereichen Tissue Engineering, Textilien und Filtermaterialien. Die Entwicklung dieser Technologie verändert nicht nur die Art und Weise, wie wir Polymere verarbeiten, sondern eröffnet auch neue Möglichkeiten für die 3D-Drucktechnologie.
Beim Schmelzelektrospinnverfahren handelt es sich nicht nur um eine einfache Verarbeitung von Polymeren, sondern auch um eine Revolution in der Materialwissenschaft, die lösungsmittelfreie Lösungen für eine Vielzahl von Branchen bietet.
Die Geschichte des Schmelzelektrospinnverfahrens reicht bis ins Jahr 1936 zurück, als Charles Norton die Technik erstmals beschrieb. Nach Jahrzehnten des Schweigens schlugen Larrendo und Manley 1981 in einer Reihe von Artikeln das Schmelzelektrospinnverfahren erneut vor. Anschließend veröffentlichten Reinecke und Langukun im Jahr 2001 einen Konferenzabstract, in dem sie auf die Anwendung des Schmelzelektrospinnings im Vakuum hinwiesen. Mit der Zeit wurde diese Technologie immer intensiver erforscht. Im Jahr 2011 wurde das Schmelzelektrospinning mit einem mobilen Kollektor kombiniert, um ein neues 3D-Druckverfahren vorzuschlagen.
Grundprinzipien der Schmelzelektrospinntechnologie
Das Kernprinzip der Schmelzelektrospinntechnologie basiert auf der Physik der elektrostatischen Faserstreckung. Die physikalischen Eigenschaften der Polymerschmelze weisen beim Schmelzelektrospinnverfahren im Vergleich zum Lösungselektrospinnverfahren eine höhere Viskosität auf, wodurch der gezogene geladene Strahl vorhersehbarer Fasern bilden kann. Beim Schmelzelektrospinning muss der geschmolzene geladene Strahl gekühlt werden, um eine Verfestigung zu erreichen, während das Lösungselektrospinning auf der Verdampfung des Lösungsmittels beruht.
Schlüsselparameter des Schmelzelektrospinnverfahrens
1. TemperaturEine bestimmte Temperatur muss aufrechterhalten werden, um sicherzustellen, dass das gesamte Polymer an der Düsenspitze geschmolzen ist. Im Vergleich zum Lösungselektrospinning ist die Düsenlänge beim Schmelzelektrospinning relativ kurz.
2. VerkehrDie Durchflussrate ist einer der Hauptparameter, die den Faserdurchmesser beeinflussen. Im Allgemeinen gilt: Je höher die Durchflussrate, desto größer der Faserdurchmesser. Beim Schmelzelektrospinnverfahren werden alle fließenden Polymere gesammelt, wodurch das Problem der Lösungsmittelverflüchtigung vermieden wird.
3. MolekulargewichtDas Molekulargewicht ist entscheidend für die Eignung eines Polymers für das Schmelzelektrospinnverfahren. Typischerweise führt eine niedrige Molekularmasse (weniger als 30.000 g/mol) bei linearen homogenen Polymeren zu Faserbrüchen und schlechter Qualität, während Polymere mit hoher Molekularmasse (über 100.000 g/mol) nicht leicht durch die Düse fließen. In vielen Berichten über schmelzelektrogesponnene Fasern werden Molekulargewichte zwischen 40.000 und 80.000 g/mol verwendet.
4. SpannungDie Einstellung der Spannung hat keinen großen Einfluss auf den Faserdurchmesser, für die Herstellung hochwertiger, stabiler Fasern ist jedoch eine optimale Spannung erforderlich. Die beim Schmelzelektrospinnverfahren verwendete Spannung liegt zwischen 0,7 kV und 60 kV.
Anwendungen des Schmelzelektrospinnverfahrens
Die Schmelzelektrospinn-Technologie hat ein breites Anwendungsspektrum, insbesondere in der Gewebezüchtung. Da keine lösungsmittelhaltigen Verarbeitungsmethoden verwendet werden, bietet dies große Vorteile bei der Stimulierung der Zellvermehrung und der Gewebereparatur. Darüber hinaus ist das Schmelzelektrospinnverfahren auch für einige schwer lösliche Polymere wie Polypropylen oder Polyethylen eine praktikable Lösung.
Das Schmelzelektrospinnverfahren ist nicht mehr nur eine Technologie zur Faserherstellung, es könnte sich zu einer der Schlüsseltechnologien entwickeln, die die Branchenlandschaft verändern.
Gewebetechnik
Das Schmelzelektrospinnverfahren wird zur Verarbeitung biomedizinischer Materialien für die Verwendung in der Gewebezüchtungsforschung eingesetzt. Dieser Ansatz erweitert das Potenzial für medizinische Anwendungen, da auf die Verwendung giftiger, flüchtiger Lösungsmittel verzichtet wird.
Arzneimittelverabreichung
Darüber hinaus können mithilfe der Schmelzelektrospinntechnologie auch wirkstoffbeladene Fasern zur Bildung von Arzneimittelabgabesystemen hergestellt werden. Dies stellt zweifellos eine neue Formulierungstechnologie für die Pharmatechnologie dar, die dazu beiträgt, die Arzneimittellöslichkeit zu verbessern und die Freisetzungsrate zu kontrollieren.
Schmelzelektrospinnschreiben
Beim Melt Electrospinning Writing (MEW) wird ein kontrollierter elektrischer Strom verwendet, um Polymerfasern präzise aufzutragen und Strukturen zu bilden. Dieses Verfahren wird häufig im 3D-Druck eingesetzt. Die Entwicklung der MEW-Technologie hat die potenziellen Anwendungen von Hochleistungssensoren, flexiblen Robotern und anderer Biofabrikation gefördert.
Die Entwicklung der Schmelzelektrospinntechnologie seit 1936 stellte eine aufregende Revolution in der Materialwissenschaft dar und ihre Einführung in den 3D-Druck bedeutet, dass sich zukünftige technologische Innovationen weiterentwickeln werden. Da die Technologie immer ausgereifter wird, können wir davon ausgehen, dass das Schmelzelektrospinnverfahren in mehr Branchen zum Einsatz kommen wird. Wie wird diese Technologie also unser tägliches Leben verändern?
