종이접기

Nov 18, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 7083(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

원거리 전기방사를 통해 고도로 정렬된 섬유를 제조하는 것은 달성하기 어려운 작업입니다. 여러 연구에서는 복잡한 추가, 다단계 제조 및 고가의 구성 요소를 사용하여 기존 전기 방사 설정을 수정하는 전기 방사 섬유 정렬의 발전을 제시합니다. 본 연구는 고도로 정렬된 원거리 전기방사 섬유를 생산하기 위한 종이접기 구조를 갖춘 새로운 컬렉터 디자인을 제시합니다. 종이접기 수집기는 회전 드럼에 장착되며 각 섬유 제조 라운드마다 쉽게 부착하고 제거할 수 있습니다. 이 간단하고 효과적이며 저렴한 기술은 고품질의 초정렬 섬유를 생성하는 동시에 다른 제조 유형에 대한 설정은 그대로 유지됩니다. 전기방사된 폴리(ɛ-카프로락톤)(PCL) 섬유는 주사전자현미경(SEM), 섬유 직경 분포, 물 접촉각(WCA), 고속 푸리에 변환 분석(FFT), 표면 플롯 프로파일 및 픽셀 강도 플롯을 통해 평가되었습니다. 우리는 폴리머 농도, 주입 속도, 컬렉터 회전 속도, 컬렉터에서 팁까지의 거리, 바늘 게이지 수 등 영향력 있는 매개변수가 섬유의 품질과 정렬에 미치는 영향을 철저하게 조사했습니다. 또한, 우리는 기계 학습 알고리즘을 사용하여 결과를 예측하고 품질이 낮은 생산 대신 고품질 섬유를 분류했습니다.

전기방사 기술은 다양한 중합체, 공중합체 및 중합체 조합으로부터 나노 규모에서 마이크로 규모까지의 섬유를 생성하기 위해 광범위하게 사용되었습니다. 일반적으로 원거리 전기방사 설정은 회전 드럼과 결합되어 정렬된 섬유를 생성합니다. 그러나 정렬된 섬유의 생성은 제어할 여러 요소의 기능이며 회전하는 드럼에만 의존하는 것이 아닙니다. 섬유 방향에 대한 높은 제어는 약물 전달1, 조직 공학2,3,4, 상처 치유5, 바이오센서6,7, 신경 재생8,9 및 기타 생물의학 응용10,11,12을 포함하여 섬유 응용 범위를 넓히는 데 중요합니다. 정렬된 섬유에 일반적으로 사용되는 기존 원통형 맨드릴에는 섬유 증착 및 정렬13에 대한 긴밀한 제어가 부족한 등 특정 제한 사항이 있습니다. 또한 맨드릴 회전은 낮은 속도에서 무작위 섬유 증착을 초래할 수 있는 반면, 맨드릴 속도가 높을수록 방향이 올바른 섬유가 생성될 수 있다고 보고되었습니다. 그럼에도 불구하고 높은 컬렉터 속도는 이방성 정도에 대한 제어가 부족하여 섬유 정렬을 악화시키기 때문에 컬렉터 속도를 미세 조정하는 것이 필수적입니다. 더욱이, 고도로 정렬된 섬유를 생산하려면 복잡한 설정(바늘 축을 중심으로 보조 전극 회전), 비용이 많이 드는 추가(병렬 전극 수집기 추가) 및 여러 제조 단계(드로잉 후)를 모집해야 할 수도 있습니다.

연구자들은 정렬된 섬유를 형성하는 다양한 방법을 제안했습니다. 최근 Cui et al. 캡슐화된 시프로플록사신의 방출을 제어하기 위해 키토산으로 정렬된 PCL 막을 제작했습니다. 이 연구에서는 약물이 탑재된 막이 섬유의 높은 정렬을 나타내지 않았음에도 불구하고 상처 치유 응용을 위한 무작위/정렬된 섬유를 생성하기 위해 동축 전기방사를 사용했습니다1. Hu et al.24 및 Xu et al.25의 다른 연구에서는 고도로 정렬된 섬유가 각각 직경 280mm와 200mm의 얇은 디스크 수집기를 통해 성공적으로 제조되었습니다. 이 방법은 향상된 섬유 방향성을 제공할 수 있지만, 이러한 유형의 수집기에는 정렬된 섬유를 수집하기 위한 접근 가능한 영역이 제한되어 있습니다. Kadoret al. 플라스틱 컵을 알루미늄 호일로 덮고 중앙 핀으로 컵 중앙에 구리선을 배치하고 둘 다 동일한 접지에 연결했습니다. 저자는 생성된 섬유에서 공극과 비드를 성공적으로 제거했다고 주장했지만 전기방사에 대한 사전 처리가 필요했습니다. 일부 연구자들은 수집기 영역에서 전기방사 섬유의 방향 및 증착에 대한 높은 수준의 제어에 도달하기 위해 보조 전극 설정을 활용했습니다. 예를 들어, Zaho et al. 일반 회전 드럼 대신 평행 전극 수집기를 사용하고 수집기와 바늘 사이에 양으로 대전된 구리 링을 배치했습니다. 고도로 정렬된 나노섬유는 긴 방사 시간 동안 생산되었습니다. 그러나 추가로 인해 설정이 다소 복잡하고 비용이 많이 듭니다. Tindell 등의 최근 연구에서는 자기 보조 전기방사를 사용하여 섬유 배향에 대한 정확한 공간 제어가 달성되었습니다. 설정에 여러 개의 자석 구성을 설치함으로써 자기 영역 내에 고도로 정렬된 섬유와 비자성 영역 내에 원활하게 정렬된 섬유를 포함하여 다양한 섬유 그라데이션이 생성되었습니다. 본 연구에서 고도로 정렬된 섬유는 자석 구성에 전적으로 의존합니다. 더욱이, 다른 연구에서는 섬유를 반대 방향에서 컬렉터에 증착하는 측면 방사구를 통해 나노섬유를 제작했습니다. 예를 들어, 2019년 Tian et al. 설정 조건을 개선하여 정렬된 마이크로섬유를 달성하기 위해 접합 전기방사 설정을 사용했습니다. 제작된 섬유는 조정 가능한 자성, 전기적 이방성 전도 및 향상된 형광을 포함한 중요한 기능의 이점을 얻었습니다.