Das Electrospinning-System:           E-Spintronic

 

Einsatzgebiet des Electrospinning


Mit dem Electrospinning kann eine Vielzahl an
synthetischen und natürlichen Polymeren sowie
Polymerblends zu Nanofasern verarbeitet werden,
die bis zu 10.000 mal dünner als ein menschliches
Haar sind. Die Faserstärke kann durch Variation
der Prozessparameter zwischen 10 nm und
wenigen Mikrometern variiert werden (Abb. 1).
Zusätzlich ist es möglich, die Faseroberfläche
durch Erzeugung von Porositäten weiter zu
strukturieren oder nachträglich mittels chemischer
oder physiko-chemischer Prozesse zu funktionalisieren.
Man kann Hohlfasern herstellen sowie
Wirkstoffe, Nanopartikel und sogar lebende Zellen
integrieren. Aus den Fasern können während des
Spinnvorgangs sowohl flächige als auch dreidimensionale
nanostrukturierte Fasernetzwerke
erzeugt werden. Es ergeben sich somit zahlreiche
technische Anwendungsmöglichkeiten, beispielsweise
für Filtermaterialien, Textilien und Katalysatoren.
Des Weiteren besitzt das Electrospinning
großes Potenzial für Applikationen in der Medizin,
insbesondere für die Bereiche der Geweberegeneration,
speziell des Tissue Engineering, und
für Drug-Delivery-Systeme. [1, 2]


Grundprinzip Electrospinning


Beim Electrospinning wird ein an einer Spinndüse
hängender Tropfen einer Polymerlösung oder -
schmelze einem starken elektrischen Feld
ausgesetzt, welches durch Anlegen einer
Hochspannung zwischen 5 und 80 kV zwischen der
Spinndüse und einer geerdeten Gegenelektrode,
dem Kollektor, erzeugt wird. Unter dem Einfluss des
elektrischen Feldes verformt sich der Tropfen zu
dem sogenannten Taylor-Kegel, aus dem nach
Überwindung der Oberflächenspannung des
Tropfens ein dünner Polymerjet austritt, der in
Richtung der Gegenelektrode beschleunigt wird.
Unter definierten Prozessbedingungen und bei einer
kontinuierlichen Zuführung der Polymerlösung bzw.
schmelze kann ein gleichmäßiger Jet erhalten
werden, der nach Verdampfen des Lösungsmittels
bzw. Abkühlung der Schmelze auf dem Weg zur
Gegenelektrode eine stabile Polymerfaser bildet.
Dabei wird sie unter Einwirkung des elektrischen
Feldes zusätzlich verstreckt. Auf dem Kollektor
scheiden sich die Fasern in Form eines
dreidimensionalen Vliesmaterials ab, welches
Stärken von wenigen Mikrometern bis zu
Zentimetern erreichen kann (Abb. 2).
Electrospinning-System

Abb1:
RasterelektronenmikroskopischeAufnahme (REM)
eines elektrogesponnenen Polymers
Abb2:
Electrospinning-System

Das Electrospinning-System ist eine polymerverarbeitende Fertigungseinrichtung zur Erzeugung von Fasern aus synthetischen oder biogenen, inerten oder abbaubaren Polymermaterialien. Die erhaltenen mikro- und millimeterstarken Fasernetzwerke können in die Form von Folien oder dreidimensionaler Strukturen wie Röhren, Halbkugeln etc. gebracht werden. Des Weiteren ist es möglich, unterschiedliche Materialien zusätzlich mit einer elektrogesponnenen Faserbeschichtung auszurüsten. Derartige nano- und mikrostrukturierte Materialien finden Verwendung für medizinische, pharmazeutische, biologische Anwendungen (z. B. Tissue Engineering, Drug-Delivery-Systeme, Zellkultur) sowie für technische Bereiche (Hochleistungswerkstoffe). Werkstückbeispiele: Spezialtextilien, Gas- und Flüssigkeitsfilter, Membranen, Zellkulturträger, Wundverbände, Gewebeersatzstrukturen z. B. für Haut, Blutgefäße, Herzklappen, Tracheakonstrukte u. a.

E-Spintronic-Flyer als PDF
E-Spintronic Systeme als PDF

[1] A. Greiner und J. H. Wendorff. Elektrospinnen: eine faszinierende Methode zur Präparation ultradünner Fasern. Angew. Chem. 2007, 119, 57705805.
[2] R. Wyrwa , B. Finke, H. Rebl, N. Mischner, J. B. Nebe, K. Schroeder, M. Quaas, K.-D. Weltmann, M. Schnabelrauch. Design of plasma surface-activated, electrospun polylactide non-wovens with improved cell