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1936 年から今日まで: 融合エレクトロスピニング技術はどのように進化し、3D プリンティングの新時代をもたらしたのでしょうか?
溶融電界紡糸技術は、繊維構造の製造方法として、1936 年に初めて説明されて以来、特に組織工学、繊維、濾過材料の分野で徐々に進化し、その応用分野を拡大してきました。この技術の開発は、ポリマーの処理方法を変えるだけでなく、3D 印刷技術の新たな可能性も開きます。
溶融電界紡糸は単なるポリマーの加工ではなく、材料科学における革命でもあり、溶媒を使わない方法でさまざまな産業にソリューションを提供します。
溶融電界紡糸の歴史は、チャールズ・ノートンが初めてこの技術を説明した 1936 年にまで遡ります。数十年の沈黙の後、1981 年に、ラレンドとマンリーは一連の論文で溶融電界紡糸法を再提案しました。その後、2001 年に、Reinecke と Langukun は、真空中での溶融電界紡糸の応用を指摘した会議の要旨を発表しました。時が経つにつれ、この技術に関する研究はますます進み、2011年には溶融電界紡糸法とモバイルコレクターを組み合わせた新しい3Dプリント方法が提案されました。
溶融電界紡糸技術の基本原理
溶融電界紡糸技術の基本原理は、静電繊維伸張の物理学に基づいています。溶融電界紡糸におけるポリマー溶融物の物理的特性は、溶液電界紡糸に比べて粘度が高く、そのため、引き出された帯電ジェットによって繊維がより予測通りに形成されます。溶融電界紡糸では、溶融した帯電ジェットを冷却して固化させる必要がありますが、溶液電界紡糸では溶媒の蒸発に依存します。
溶融電界紡糸の主要パラメータ
1. 温度ノズルの先端ですべてのポリマーが溶けるようにするには、一定の温度を維持する必要があります。溶液電界紡糸法と比較すると、溶融電界紡糸法のノズルの長さは比較的短いです。
2. 交通流量は繊維の直径に影響を与える主なパラメータの 1 つです。一般的に、流量が大きいほど、繊維の直径が大きくなります。溶融電界紡糸では、流れるポリマーがすべて収集されるため、溶媒の揮発の問題が回避されます。
3. 分子量分子量は、溶融電界紡糸に対するポリマーの適合性にとって非常に重要です。通常、低分子量 (30,000 g/mol 未満) の線状均質ポリマーは繊維が破損して品質が低下しますが、高分子量 (100,000 g/mol 以上) のポリマーはノズルから容易に流れません。溶融電界紡糸繊維に関する多くの報告では、分子量が 40,000 ～ 80,000 g/mol の範囲で使用されています。
4. 電圧電圧を調整しても繊維の直径に大きな影響はありませんが、高品質で安定した繊維を製造するには最適な電圧が必要です。溶融電界紡糸で使用される電圧の範囲は 0.7 kV ～ 60 kV です。
溶融電界紡糸の応用
溶融電界紡糸技術は、特に組織工学において幅広い用途に使用されています。溶剤を含む処理方法を使用しないため、細胞増殖の刺激と組織の修復に大きな効果があります。さらに、溶融電界紡糸は、ポリプロピレンやポリエチレンなどの溶解が難しいポリマーにも実行可能なソリューションです。
溶融電界紡糸はもはや単なる繊維製造技術ではなく、業界の状況を変える重要な技術の 1 つになる可能性があります。
組織工学
溶融電界紡糸法は、組織工学研究で使用するための生物医学的材料の加工に使用されてきました。このアプローチは、有毒な揮発性溶媒の使用を避けることで、医療用途の可能性を高めます。
薬物送達
さらに、溶融電界紡糸技術は、薬物送達システムを形成するために薬物を充填した繊維を調製することもできます。これは間違いなく、医薬品技術に新たな製剤技術をもたらし、薬物の溶解性の向上と放出速度の制御に役立ちます。
溶融エレクトロスピニングライティング
溶融電界紡糸法（MEW）は、制御された電流を使用してポリマー繊維を正確に堆積させて構造を形成するプロセスであり、3D プリンティングで広く使用されています。 MEW 技術の開発により、高性能センサー、フレキシブルロボット、その他のバイオファブリケーションの潜在的な応用が促進されました。
1936 年以来の溶融電界紡糸技術の発展は材料科学に刺激的な革命をもたらし、3D プリンティングへの導入は将来の技術革新が進化し続けることを意味します。技術が成熟するにつれて、溶融電界紡糸はより多くの産業で利用されることが期待されます。では、この技術は私たちの日常生活をどのように変えるのでしょうか?
