Elektrosztatikus nanoszálképzési eljárás technológiai optimalizálása képfeldolgozási módszerekkel

Az elektrosztatikus szálképzési eljárást (electrospinning) laboratóriumi és ipari körülmények között is egyre szélesebb körben alkalmazzák homogén morfológiájú nanoszálas polimer rétegek előállítására.

Az eljárás előnyös tulajdonsága, hogy a polimer oldat fizikai és kémiai paraméterei széles határok között módosíthatók, így különböző felületkémiai tulajdonságokkal rendelkező felületek hozhatók létre. Továbbá, a polimer oldat különböző, biológiai aktivitással rendelkező anyaggal, például gyógyszer hatóanyaggal, enzimekkel, de akár sejtekkel adalékolható. Az így létrejött bioaktív nanoszálas réteg felhasználása orvosbiológiai területeken igen szerteágazó a gyógyszerkibocsátó szövetektől [1] a bőr mesterséges pótlásáig [2].

Az eljárás során egy vékony fémtűn át folyamatosan adagolt polimer oldatot nagy térősségű elektrosztatikus térbe helyeznek. A tű hegyén kialakuló csepp a térerősség hatására megnyúlik (létrejön az ún. Taylor-kúp), és a földelt kollektor lemez irányában szálképződés indul meg. A folyamat akkor tartható fenn, ha a polimer oldat adagolási sebessége illetve a szálképződés miatt fellépő anyagfogyás éppen kiegyenlíti egymást. Ekkor a Taylor-kúp alakja és térfogata állandó. A szokásos eljárás során a Taylor-kúpot a berendezés kezelője egy nagyító kamerán át figyeli, és a szálképzési feszültség illetve a polimer adagoló áramlási sebességének folyamatos korrekciójával stabilizálja. Az említett két paraméter jelentős hatással van a képződött nanoszálréteg morfológiai minőségére.

A dolgozat célja olyan szálképzési eljárás kidolgozása, ahol a Taylor-kúp stabilizálása az on-line kamerakép algoritmizált feldolgozása alapján a feszültség illetve az áramlási sebesség alapjelbe való beavatkozás alapján történik meg. A rendszerintegrációt és a szabályzókör megvalósítását virtuális műszeres megközelítésben végezzük.

Az élő kamerakép elemzése során egy dimenzió nélküli mérőszámot alakítottunk ki a Taylor-kúp stabilizálásának jellemzésére.

A dolgozat további célja az új típusú eljárással előállított PVA (poli(vinil-alkohol)) nanoszálrétegek morfológiai minősítése pásztázó elektronmikroszkópos módszerrel a Taylor-kúp stabilitásának függvényében.

Az új eljárás ígéretes lehet az elektrosztatikus nanoszálképzési eljárás ipari mértékű megvalósításában is.

[1] Y. J. Son, W. J. Kim, and H. S. Yoo, “Therapeutic applications of electrospun nanofibers for drug delivery systems,” Arch Pharm Res, vol. 37, no. 1, pp. 69–78, Jan. 2014.

[2] S. B. Mahjour, X. Fu, X. Yang, J. Fong, F. Sefat, and H. Wang, “Rapid creation of skin substitutes from human skin cells and biomimetic nanofibers for acute full-thickness wound repair,” Burns, vol. 41, no. 8, pp. 1764–1774, 2015.

szerző

• 
  Gaizer Bence Tamás
  Egészségügyi mérnök szak, mesterképzés
  mesterképzés (MA/MSc)

konzulens

• 
  Dr. Ender Ferenc
  Egyetemi Docens, Elektronikus Eszközök Tanszék