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Die wunderbare Welt des Schmelzelektrospinnings: Wie wird diese Technologie die Medizin- und Textilindustrie verändern?
Mit dem Fortschritt der Technologie und der Materialwissenschaft ist die Schmelzelektrospinntechnologie zu einer wichtigen Innovation geworden, die die Medizin- und Textilindustrie verändert hat. Mit dieser Technologie können durch den Faserisierungsprozess geschmolzener Polymere Faserstrukturen mit hoher Plastizität und vielfältigen Anwendungen erzeugt werden. In diesem Artikel werden die Geschichte, Prinzipien, Einflussfaktoren und Anwendungen des Schmelzelektrospinnings in verschiedenen Bereichen eingehend untersucht, insbesondere sein Potenzial in der Gewebezüchtung und Textilherstellung.
Die Geburt der Schmelzelektrospinntechnologie wurde bereits 1936 in einem Patent von Charles Norton beschrieben. Seitdem hat die Entwicklung dieser Technologie Jahrzehnte gedauert, und erst im Jahr 2001 begann die wissenschaftliche Forschung auf diesem Gebiet Aufmerksamkeit zu erregen.
Historische Entwicklung des Schmelzelektrospinnverfahrens
Obwohl die Grundlagen des frühen Schmelzelektrospinnverfahrens vorhanden waren, dauerte es bis zum Jahr 1981, als Larrondo und Manley es in einer Reihe von Artikeln detailliert beschrieben. Im Jahr 2001 veröffentlichten Reneker und Rangkupan einen Konferenzabstract zur Anwendung des Schmelzelektrospinnings in einer Vakuumumgebung, der den Weg für nachfolgende Forschungen ebnete. Im Jahr 2011 wurde die Kombination aus Schmelzelektrospinnverfahren und dynamischen Kollektoren als neue 3D-Drucktechnologie vorgeschlagen, wodurch der Anwendungsbereich weiter erweitert wurde.
Grundprinzipien des Schmelzelektrospinnverfahrens
Der Kern der Schmelzelektrospinntechnologie besteht darin, ein elektrisches Feld zu verwenden, um Polymerschmelze zu dehnen und Fasern zu bilden. Das physikalische Prinzip ähnelt dem des traditionellen Lösungselektrospinns. Allerdings unterscheiden sich die physikalischen Eigenschaften geschmolzener Polymere deutlich von denen gelöster Polymere, wobei erstere eine höhere Viskosität aufweisen. Beim Schmelzelektrospinnverfahren muss das geschmolzene Polymer während des Abkühlungsprozesses schnell erstarren, damit die gebildeten Fasern einen Durchmesser im Mikrometerbereich erreichen.
Das Schmelzelektrospinnverfahren unterscheidet sich vom Lösungselektrospinnverfahren dadurch, dass das Polymer im geschmolzenen Zustand einen besser vorhersehbaren Faserbildungsprozess und eine präzise Kontrolle seines Durchmessers ermöglicht.
Wichtige Parameter, die das Schmelzelektrospinnverfahren beeinflussen
- Temperatur: Die Mindesttemperatur, die erforderlich ist, um sicherzustellen, dass das Polymer an der Düsenspitze vollständig geschmolzen ist.
- Durchflussrate: Die Durchflussrate ist einer der wichtigsten Parameter zur Steuerung des Faserdurchmessers. Je höher die Durchflussrate, desto größer der Faserdurchmesser.
- Molekulargewicht: Das Molekulargewicht des Polymers wirkt sich direkt auf die Durchführbarkeit des Schmelzelektrospinnverfahrens aus, und der geeignete Molekulargewichtsbereich liegt zwischen 40.000 und 80.000 g/mol.
- Spannung: Obwohl Spannungsänderungen wenig Einfluss auf den Faserdurchmesser haben, ist zur Gewährleistung hochwertiger Fasern eine optimale Spannung erforderlich.
Ausrüstung zum Schmelzelektrospinnverfahren
Derzeit gibt es eine Vielzahl von Schmelzelektrospinnmaschinen, die entweder eine vertikale oder eine horizontale Konfiguration verwenden. Es gibt auch verschiedene Möglichkeiten, Polymere zu erhitzen, darunter elektrische Heizung, Heißluft usw. Bei manchen Verfahren werden feste Polymerfilamente sogar elektrogesponnen, indem sie zum Schmelzen in einen Laser gedrückt werden.
Anwendungspotenzial des Schmelzelektrospinnverfahrens
Die Anwendungsgebiete des Schmelzelektrospinnverfahrens erstrecken sich über viele Bereiche, insbesondere in der Medizin und Textilbranche. Da kein Lösungsmittel verwendet wird, bietet seine Anwendung im Tissue Engineering den Vorteil, dass es nicht toxisch ist. Die durch Schmelzelektrospinnverfahren hergestellten Fasern können als Biomaterialien verwendet und darüber hinaus zur Herstellung von Gewebegerüsten mit extrazellulären Matrixfunktionen eingesetzt werden.
Im Bereich der Arzneimittelverabreichung kann die Schmelzelektrospinntechnologie medikamentenbeladene Fasern produzieren, um eine kontrollierte Arzneimittelfreisetzung zu erreichen, was große Aussichten bietet.
Zukunftsaussichten
Es wird erwartet, dass sich die Schmelzelektrospinntechnologie in Zukunft in vielen Bereichen weiterentwickeln wird. Mit dem Fortschritt von Wissenschaft und Technologie werden mehr neue Polymere und ihre Kombinationen erforscht, wodurch ihr Anwendungspotenzial in aufstrebenden Bereichen wie Bioproduktion, flexible Elektronik und Sensoren erweitert wird. Wie genau wird diese Technologie unsere Lebens- und Arbeitsweise in der Zukunft beeinflussen?
