IPPT PAN 12.03.08 Tomasz Kowalczyk Zakład Mechaniki i Fizyki Płynów IPPT PAN Elektroprzędzenie nanowłókien optymalizacja.

Prezentacja na temat: "IPPT PAN 12.03.08 Tomasz Kowalczyk Zakład Mechaniki i Fizyki Płynów IPPT PAN Elektroprzędzenie nanowłókien optymalizacja."— Zapis prezentacji:

1 IPPT PAN 12.03.08 http://fluid.ippt.gov.pl/nanofibres/ Tomasz Kowalczyk Zakład Mechaniki i Fizyki Płynów IPPT PAN Elektroprzędzenie nanowłókien optymalizacja procesu i zastosowania medyczne Wielki krok w kierunku małego świata

2 IPPT PAN 12.03.08 http://fluid.ippt.gov.pl/nanofibres/ Struga gliceryny w polu grawitacyjnym Dysza – 0.1mm Początkowa średnica ~ 0.2mm 0.1mm Mikro-struga ~ 0.005mm Grawitacyjne i mechaniczne rozciąganie ograniczone wskutek niestabilności kapilarnej l/d ~ 1000 Aby osiągnąć skalę nano ~10 6 !

3 IPPT PAN 12.03.08 http://fluid.ippt.gov.pl/nanofibres/ Struga gliceryny w polu elektrycznym 12 cm c=88% H=215mm V=20kV

4 IPPT PAN 12.03.08 http://fluid.ippt.gov.pl/nanofibres/ Elektroprzędzenie E ~ 10 5 V/m Niestabilność powoduje spiralny ruch strugi, znacznie zwiększając drogę na której jest rozciągana, a tym samym prowadząc do redukcji średnicy o 3-4 rzędy wielkości Niestabilność strugi w polu elektrycznym ładunki elektryczne poruszające się spiralnym ruchem

5 IPPT PAN 12.03.08 http://fluid.ippt.gov.pl/nanofibres/ Nanowłókna – schemat stanowiska struga cieczy Elekroprzędzenie E ~ 10 5 V/m

6 IPPT PAN 12.03.08 http://fluid.ippt.gov.pl/nanofibres/ Nanowłókna – roztwór PEO

7 IPPT PAN 12.03.08 http://fluid.ippt.gov.pl/nanofibres/ Pajęczyna nanowłókien

8 IPPT PAN 12.03.08 http://fluid.ippt.gov.pl/nanofibres/ Nanowłókna – mikroskop optyczny 0.6 mm PEOX nanowłókna

9 IPPT PAN 12.03.08 http://fluid.ippt.gov.pl/nanofibres/ Mikroskop elektronowy PEOX nanowłókna

10 IPPT PAN 12.03.08 http://fluid.ippt.gov.pl/nanofibres/ Nanowłókna i ich bio-zastosowania Biomedycyna nowoczesne oddychające opatrunki zewnetrzne biodegradowalne opatrunki wewnętrzne systemy podawania leków sztuczne organy i tkanki, biomimetyczna macierz komórkowa Diagnostyka sondy fluorescencyjne nośniki nano-obiektów diagnostycznych nośniki komórek

11 IPPT PAN 12.03.08 http://fluid.ippt.gov.pl/nanofibres/ Optymalizacja procesu Wpływ przewodnictwa elektrycznego (dodatek elektrolitów) Lepkość, lepkosprężystość Napięcie powierzchniowe Geometria i natężenie pola elektrycznego Wydatek cieczy

12 IPPT PAN 12.03.08 http://fluid.ippt.gov.pl/nanofibres/ Wybrane materiały Bardzo dobry5 – 2515 % dimetylo formamid (DMF) PAN poli(akrylonitryl) IV Brak krzepnięcia (krople) 20 – 3088 %wodaGlicerynaV trudny10 – 307 % za wysoka lepkość3 – 3020 % chlorek metylenu TAC trioctan celulozy III dość stabilny6 – 169 %etanol DBC dibutyrylo- chityna II Stabilny proces do 10kV 3 – 123 – 4 %40% etanol PEOX poli(tlenek etylenu) I elektroprzędzenieV [kV]c Rozpuszczalnik SkładnikTest

13 IPPT PAN 12.03.08 http://fluid.ippt.gov.pl/nanofibres/ Optymalizacja procesu Wzrost wydatku wypływu strugi Włókna PEOX pod mikroskopem optycznym

14 IPPT PAN 12.03.08 http://fluid.ippt.gov.pl/nanofibres/ Optymalizacja procesu Wzrost potencjału elektrycznego Włókna PEOX pod mikroskopem optycznym 10kV 20kV

15 IPPT PAN 12.03.08 http://fluid.ippt.gov.pl/nanofibres/ Optymalizacja procesu Wpływ stężenia soli, NaCl :PEOX 1:60 1:30

16 IPPT PAN 12.03.08 http://fluid.ippt.gov.pl/nanofibres/ Elektroprzędzenie materiałów biologicznych Nanowłókna z chitozanu (opatrunki wspomagające proces gojenia ran) Sondy fluorescencyjne do detekcji defektów membranowych komórki Matryca międzykomórkowa z nanowłókien kolagenu rozpoznawane przez komórki jako natywna Biodegradowalne rusztowania dla inżynierii tkankowej

17 IPPT PAN 12.03.08 http://fluid.ippt.gov.pl/nanofibres/ Elektroprzędzenie materiałów biologicznych Diagnostyka medyczna na poziomie komórkowym (np technika FRET*) WodaBiałka fluorescencyjne Nośniki sond, materiał tkankowyWodaBiałka (BSA) biosyntetyzowny, biodegradowalny, biokompatybilny Rusztowania tkankowe, sztuczne organy 2,2,2- trifluoroetanol P-3HB (poli(hydroksy maślan) biodegradowalny, biokompatybilny Rusztowania tkankowe, sztuczne organy ChloroformPCL (poli(kaprolakton)) wymaga łącznia z innymi, biokompatybilny Embolizacja naczyń krwionośnychwoda/etanolPEOX (poli(tlenek etylenu)) Opatrunkidichloro- metan TAC (trioctan celulozy) BiokompatybilnyOpatrunkietanolDBC (dibutyrylchityna) KomentarzBio-aplikacjecieczPolimer *FRET-Fluorescence Resonance Energy Transfer

18 IPPT PAN 12.03.08 http://fluid.ippt.gov.pl/nanofibres/ Elektroprzędzenie materiałów biologicznych Obrazy AFM nanowłókien białkowych z wodnego roztworu albuminy surowicy wołowej -BSA (85%) + PEOX (15%). Grubość włókna 78.33nm

19 IPPT PAN 12.03.08 http://fluid.ippt.gov.pl/nanofibres/ Elektroprzędzenie materiałów biologicznych Obrazy AFM otrzymanego z 85% białka (BSA-albumina surowicy wołowej) Elektroprzędzenie białek - obiecujące dla tworzenia tkanek i jako nośniki białkowe nierozpuszczalne w wodzie

20 IPPT PAN 12.03.08 http://fluid.ippt.gov.pl/nanofibres/ Elektroprzędzenie materiałów biologicznych Fluorescencja Nanowłókna białkowe z białka globularnego -albuminy (85%) i PEOX oznaczone pochodną fluoresceiny (FITC).

21 IPPT PAN 12.03.08 http://fluid.ippt.gov.pl/nanofibres/ Elektroprzędzenie materiałów biologicznych Fluorescencja Fluorescencja nanowłókien PEOX z kropkami kwantowymi ZnO Próba wykazania homo-FRET włókna FITC-BSA

22 IPPT PAN 12.03.08 http://fluid.ippt.gov.pl/nanofibres/ Elektroprzędzenie materiałów biologicznych Fluorescencja włókna jako mikrowskaźnik pH Włókno z BSA-FITC. Połowa włókna została umieszczona w roztworze alkalicznym, połowa w obojętnym. Powyżej-wykres intensywności fluorescencji na długości włókna. Zdjęcie odpowiada 80um.

23 IPPT PAN 12.03.08 http://fluid.ippt.gov.pl/nanofibres/ Elektroprzędzenie materiałów biologicznych Rusztowania z włókien polikaprolaktonu (PCL), poli-3-hydroxymaślanu (PHB) i jego kopolimeru. Porowatość włókien stymuluje przyczepność komórek i ich rozwój. Zastosowanie do pokrycia bioresorbowalnych implantów z materiału Bioglass (wsp. Imp. Coll.). Nanowłókna z biodegradowalnych poliestrów jako pokrycia implantów kości

24 IPPT PAN 12.03.08 http://fluid.ippt.gov.pl/nanofibres/ Badanie pokrycia implantów kości Biodegradacja nanowłókien PCL i tworzenia hydroksyapatytu 14 dni 7 dni 3 dni

25 IPPT PAN 12.03.08 http://fluid.ippt.gov.pl/nanofibres/ Badanie pokrycia implantów kości Biodegradacja nanowłókien PHB i tworzenia hydroksyapatytu 3 dni 1 dzień 7 dni

26 IPPT PAN 12.03.08 http://fluid.ippt.gov.pl/nanofibres/ Elektroprzędzenie materiałów biologicznych Elektroprzędzenie jako użyteczna metoda wytwarzania materiałów bioaktywnych Elektroprzędzenie białek -perspektywa tworzenia sensorów o rozmiarach submikronowych I dużej gęstości występowania

27 IPPT PAN 12.03.08 http://fluid.ippt.gov.pl/nanofibres/ Podsumowanie Elektroprzędzenie pozwala na stosunkowo łatwe wytwarzanie nano-struktur z różnych typów materiałów Nanowłókna mogą być uzyskiwane z materiałów bioaktywnych, białek, a nawet żywych komórek Proces nadal wymaga udoskonalenia, nie jest do końca powtarzalny, wiele materiałów bada się i stosujeas it is

28 IPPT PAN 12.03.08 http://fluid.ippt.gov.pl/nanofibres/ Zespół Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN -prof. Tomasz A. Kowalewski -Diana Lamparska -mgr inż. Dorota Kołbuk -mgr inż. Sławomir Błoński -mgr Piotr Korczyk Instytut Fizyki PAN -prof. Danek Elbaum -dr Aleksandra Nowicka Instytut Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego -mgr Andrzej Szczepankiewicz Imperial College (Londyn, UK) -prof. Aldo R. Boccaccini -Oana Bretcanu Ph.D. -Superb K. Misra Ph.D -D. Mohammad Yunos