Wenn Sie noch nie davon gehört haben Elektrospinnen Sie sind nicht allein. Es ist eine Methode, die elektrische Kraft verwendet, um geladene Fäden zu ziehen. Polymer Lösungen zu Fasern mit einem Durchmesser von ca. 100 Nanometer . Ein Nanometer ist ein Milliardstel eines Meters.
A Polymer besteht aus sehr langen Ketten von Molekülen mit vielen sich wiederholenden Untereinheiten. Polymere umfassen synthetische Kunststoffe wie Polystyrol und natürliche Biopolymere wie DNA Polymere sind in der Regel unglaublich zäh und weisen im Allgemeinen eine hohe Elastizität auf.
Was ist Elektrospinnen?
Die erste Person, die das Elektrospinnen erkannte, war der englische Arzt und Physiker William Gilbert der 1603 starb. Gilbert untersuchte sowohl die magnetischen als auch die elektrostatischen Eigenschaften und bemerkte, dass, wenn er ein elektrisch geladenes Stück Bernstein in Richtung eines Wassertropfens brachte, dieses Tröpfchen eine Kegelform bilden würde und winzige Tröpfchen aus dem Wasser ausgestoßen würdenSpitze des Kegels.
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In den USA wurde das Elektrospinnverfahren erstmals 1900 patentiert, gefolgt von einer Reihe von Patenten zwischen den Jahren 1934 und 1944 für die Herstellung von Textilgarnen.
1938 arbeiteten zwei russische Wissenschaftler, Nathalie Rozenblum und Igor Petryanov-Sokolov, im Aerosollabor der Karpov-Institut erstellte elektrogesponnene Fasern, die als Filter verwendet wurden "Petryanov-Filter" . Diese wurden zum Filtern von Aerosolen aus der Luft und anderen Gasen verwendet, und bis 1939 stellte eine russische Fabrik elektrogesponnene Rauchfilter zur Verwendung in Gasmasken her.
Zwischen 1964 und 1969 britischer Physiker und Mathematiker Sir Geoffrey Ingram Taylor formulierte die theoretischen Grundlagen des Elektrospinnens. Taylor modellierte mathematisch die Form des Kegels, der entsteht, wenn ein Flüssigkeitströpfchen unter der Wirkung eines elektrischen Feldes steht. Heute wird dieser Kegel als "Tayor-Kegel" bezeichnet.
Wie funktioniert Elektrospinnen?
Wenn an ein Tröpfchen eine ausreichend hohe elektrische Spannung angelegt wird, wird die Flüssigkeit aufgeladen und elektrostatische Abstoßung wirkt dem entgegen Oberflächenspannung des Tröpfchens. An diesem Punkt bricht das Tröpfchen in einen Flüssigkeitsstrom aus.
Während der Flüssigkeitsstrom im Flug trocknet, wandert die elektrische Ladung zur Oberfläche des Tröpfchens / der Faser, und durch elektrostatische Abstoßung verlängert sich die Form, bevor sie sich auf einem geerdeten Kollektor ablagert. Diese Dehnung führt zur Bildung gleichmäßiger Faserndie Nanometer-Durchmesser haben.
Um selbst Elektrospinnen zu können, benötigen Sie Folgendes. Da es sich um hohe Spannungen handelt, sollten Sie auch sicher sein, dass Sie wissen, was Sie tun. Treffen Sie immer die richtigen Vorsichtsmaßnahmen, wenn Sie mit hohen Spannungen arbeiten.
- Eine Nadel, die als Spinndüse bezeichnet wird und normalerweise eine Injektionsspritze ist
- Eine Hochspannungsquelle zwischen 5 zu 50 kV Gleichstrom, z. B. ein alter Fernseher, ein Kathodenstrahlröhrenmonitor oder ein Transformator
- Eine Luftpumpe, z. B. eine Fahrradpumpe
- Ein geerdeter Kollektor, z. B. eine Metallplatte
- Eine Polymerlösung, ein Sol-Gel oder eine Partikelsuspension
- Ein Vorratsbehälter, z. B. eine 2-Liter-Limo-Flasche.
Die Polymerlösung kann durch Molekulargewicht, Viskosität, Leitfähigkeit, Oberflächenspannung, elektrische Potentialkonzentration und Durchflussrate variieren. Der Elektrospinnprozess wird auch von der Umgebungstemperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftgeschwindigkeit, dem Messgerät der Nadel und der Nadel beeinflusstNadelabstand von der Sammelplatte.
Verwendung für Elektrospinnprodukte
Bis 1988 wurde festgestellt, dass Elektrospinnen zur Herstellung von Nano- und Submikron-Skalen verwendet werden kann ein Mikron ist ein Millionstel Meter Fasermatten aus Polystyrol und Polycarbonat.Diese Matten könnten als Zellsubstrate in Zellkulturen verwendet werden.Wenn Ihnen Polycarbonat bekannt vorkommt, dann deshalb, weil daraus Brillengläser hergestellt werden.
Elektrogesponnene Fasern sind ideale Wundauflagen und -nähte, und die Fasern können auch mit Arzneimitteln imprägniert werden, was sie zu einem Arzneimittelabgabesystem macht. Elektrogesponnene Fasern können auch medizinische Implantate und Füllstoffe ersetzen, die üblicherweise bei kosmetischen Operationen verwendet werden.
Anfang der neunziger Jahre wurde gezeigt, dass organische Polymere zu Nanofasern elektrogesponnen werden können. Diese Fasern haben einen hohen Feuchtigkeitsdampftransport, eine erhöhte Atmungsaktivität des Gewebes und eine verbesserte Beständigkeit gegen toxische Chemikalien, was sie ideal für den Einsatz in Sport- oder Schutzkleidung macht.
Elektrospinnen hat auch das Potenzial, nahtlose, nicht gewebte Kleidung herzustellen, die flamm-, chemikalien- und umweltgefährdend ist.
Ein Open-Source-Geschenk
Aufgrund der COVID-Pandemie N95-Masken sind schwer zu finden und Träger beschweren sich oft, dass sie heiß, feucht und unangenehm zu tragen sind. Um dem entgegenzuwirken, eine Gruppe von Forschern bei Utah Brigham Young University BYU hat ein Nanofasergewebe elektrogesponnen, das in eine Stoffmaske geschichtet werden kann, um zu blockieren 99% von Partikeln, z. B. solchen, die das COVID-19-Virus tragen.
Die BYU-Forscher, Partner der Nanos Foundation verwenden eine homogenisierte Polymerlösung in Kombination mit einem Lösungsmittel, einer Soda-Flasche und einer einfachen Fahrradpumpe.
Dieses faszinierende GIF zeigt einen Prozess namens Elektrospinnen. BYU-Ingenieurstudenten + die Nanos Foundation verwenden es, um flüssiges Polymer in Nanofasern umzuwandeln. Wenn es einer Stoffmaske hinzugefügt wird, ist es genauso effektiv wie eine N95-Maske. # COVID19 https://t.co/FcqH4Per7C pic.twitter.com/ftOMMia7Vz
- BYU @BYU 21. Oktober 2020
Direktor der Nanos Foundation, Will Vahle kürzlich KSL-TV mitgeteilt das, "Unsere Nanofasermembranen sind sechsmal einfacher zum Durchatmen als bei vorhandenen N95-Masken, wodurch sie kühler, trockener und komfortabler werden. "
Ein Mitglied des BYU-Forschungsteams, eine Seniorin des Maschinenbaus, Katie Varela, sagte gegenüber KSL: „Wenn sie [Viruspartikel] sich Ihrer Maske nähern, werden sie statisch von der Maske angezogen und können nicht mehr gehenund verhindert so, dass Sie Viren einatmen. "
Anstatt ihre Entdeckung zu patentieren, plant die BYU-Gruppe, ihren Nanofasernetzprozess Open Source zu machen, was bedeutet, dass jeder das Design der Gruppe verwenden kann, um seine eigenen Maskenfilter zu erstellen, und dass er den Prozess frei verbessern kann.
Auch wenn es schwer zu überlegen ist, könnte COVID auf absehbare Zeit verfügbar sein, was bedeutet, dass wir alle möglicherweise viel länger Masken tragen.