Um novo x versátil

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 4872 (2022) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Este trabalho descreve um equipamento de eletrofiação versátil com movimentos x – y – z rápidos, independentes e precisos para deposições de grandes áreas de fibras eletrofiadas, escrita direta ou montagem de fibras em padrões de tamanho submilimétrico e mícron e impressão de micro 3D. - e nanoestruturas. Sua versatilidade é demonstrada através da preparação de nanofibras funcionais multicamadas para cicatrização de feridas, malha de nanofibras para filtração de partículas, linhas impressas de alta proporção e nanofibras alinhadas independentes.

Os nanomateriais, principalmente as nanofibras, são objeto de intensos estudos devido ao seu potencial uso em medicina, eletrônica e catálise1,2,3. Na verdade, as nanofibras servem como elementos arquitetônicos em estruturas celulares e teciduais4,5,6 e são uma base para peles artificiais e têxteis inteligentes7,8. Além disso, também são um sistema de entrega eficiente para moléculas bioativas em aplicações terapêuticas. Esse interesse crescente impulsiona a pesquisa em suas fabricações por meio de automontagem, processo de desenho por separação de fases, síntese assistida por modelo, métodos de fundição com solvente e eletrofiação . Notavelmente, a eletrofiação produz micro e nanofibras de diversos materiais, morfologias, texturas e porosidades . Sua versatilidade permite que nanofibras naturais, sintéticas e compostas sejam eletrofiadas e produzidas em quantidades escaláveis. Além disso, a montagem das nanofibras pode ser orientada para criar objetos 3D complexos para diversas necessidades de aplicação . Assim, as nanofibras eletrofiadas são utilizadas na administração de medicamentos, curativos, regeneração óssea e pesquisas em engenharia de tecidos .

Existem inúmeras melhorias no projeto de equipamentos de eletrofiação para melhorar seu desempenho. Investigando a instabilidade do cone de Taylor durante a eletrofiação, Xu et al.17 propõem uma abordagem matemática rigorosa na previsão do comportamento do jato e o uso de um campo magnético para controlar o processo de eletrofiação. Alternativamente, Rebrov et al.18 empregaram gerador de pulso de alta tensão para depositar fibras alinhadas, enquanto Coppola et al.19 descreveram uma técnica de piroeletrofiação amarrada para impressão direta de fibras eletrofiadas. Além disso, You et al.20 usaram um eletrodo de pino afiado com carga positiva para modificar e redistribuir a carga elétrica na placa base para controlar a trajetória do jato e a deposição de nanofibras. Finalmente, Thomas et al.21 usam uma plataforma de impressão 3D para demonstrar a eletrofiação controlada triaxial. Os processos de eletrofiação coaxial, emulsão e reativa manipulam diretamente a morfologia e a química da fibra e estendem suas aplicações a materiais naturais e inorgânicos .

Um novo dispositivo de eletrofiação foi projetado para fazer uma transição perfeita da eletrofiação de grande área e campo distante para a impressão de fibra de campo próximo e de alta precisão. Ele é construído para fabricar e montar nanofibras em objetos complexos, como malhas, redes, nanoparedes, fibras alinhadas e filmes finos de múltiplas camadas de uma variedade de materiais, incluindo hidroxipropilmetilcelulose (HPMC), óxidos de polietileno (PEO), e materiais de álcool polivinílico (PVA) que são comumente usados ​​em pesquisas e aplicações de alimentos, medicamentos e biomateriais.

Um desenho do equipamento de eletrofiação é apresentado na Fig. 1. O equipamento é projetado para movimentos xyz rápidos e independentes sem comprometer o posicionamento preciso e movimentos de precisão para permitir seu uso versátil para depositar fibras eletrofiadas em grandes áreas, escrever e montar fibras em sub precisos. -padrões milimétricos com recursos de tamanho mícron ou impressão de precisão de microestruturas 3D. Além dos movimentos precisos, um controle preciso do campo elétrico é fundamental não apenas para controlar a deposição da fibra, mas também seu diâmetro e tamanho. Esta combinação é responsável pela produção de fibra altamente reprodutível.