Um origami

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 7083 (2023) Citar este artigo

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A fabricação de fibras altamente alinhadas por eletrofiação de campo distante é uma tarefa desafiadora. Vários estudos apresentam avanços no alinhamento de fibras eletrofiadas que envolvem modificação da configuração de eletrofiação convencional com adições complexas, fabricação em várias fases e componentes caros. Este estudo apresenta um novo design de coletor com uma estrutura de origami para produzir fibras eletrofiadas de campo distante altamente alinhadas. O coletor de origami é montado no tambor giratório e pode ser facilmente fixado e removido para cada rodada de fabricação de fibra. Esta técnica simples, eficaz e barata produz fibras ultraalinhadas de alta qualidade enquanto a configuração permanece intacta para outros tipos de fabricação. As fibras eletrofiadas de poli (ɛ-caprolactona) (PCL) foram avaliadas por microscópio eletrônico de varredura (MEV), distribuição de diâmetro de fibra, ângulo de contato com água (WCA), análise de transformada rápida de Fourier (FFT), perfil de superfície e gráficos de intensidade de pixel. Exploramos minuciosamente o impacto de parâmetros influentes, incluindo concentração de polímero, taxa de injeção, velocidade de rotação do coletor, distância do coletor à ponta e número do medidor da agulha na qualidade e alinhamento das fibras. Além disso, empregamos algoritmos de aprendizado de máquina para prever os resultados e classificar as fibras de alta qualidade em vez das produções de baixa qualidade.

A técnica de eletrofiação tem sido amplamente contratada para gerar fibras em escala nano a micro a partir de vários polímeros, copolímeros e combinações de polímeros. Normalmente, a configuração de eletrofiação de campo distante é acoplada a um tambor rotativo para criar fibras alinhadas. Porém, a criação de fibras alinhadas é função de múltiplos elementos a serem controlados e não depende apenas dos tambores rotativos. O alto controle sobre a orientação das fibras é crucial para ampliar a gama de aplicações das fibras, incluindo distribuição de medicamentos1, engenharia de tecidos2,3,4, cicatrização de feridas5, biossensores6,7, regeneração nervosa8,9 e outras aplicações biomédicas10,11,12. O mandril cilíndrico convencional, normalmente usado para fibras alinhadas, apresenta certas restrições, incluindo a falta de controle rigoroso sobre a deposição e alinhamento das fibras . Também é relatado que a rotação do mandril pode resultar na deposição aleatória de fibras em baixas velocidades, enquanto uma velocidade mais alta do mandril pode levar a fibras bem orientadas. Porém, um ajuste fino da velocidade do coletor é obrigatório, pois altas velocidades do coletor prejudicam o alinhamento da fibra devido à falta de controle sobre o grau de anisotropia . Além disso, a produção de fibras altamente alinhadas também pode exigir o recrutamento de uma configuração complexa (girar os eletrodos auxiliares em torno do eixo da agulha)16, adições dispendiosas (adicionar um coletor de eletrodos paralelo)17 e vários estágios de fabricação (pós-desenho)18.

Pesquisadores propuseram métodos versáteis para formar fibras alinhadas19,20,21,22,23. Recentemente, Cui et al. fabricaram uma membrana PCL alinhada com quitosana para controlar a liberação de ciprofloxacina encapsulada. Neste trabalho, a eletrofiação coaxial foi utilizada para produzir fibras aleatórias/alinhadas para aplicação na cicatrização de feridas, embora a membrana carregada com medicamento não apresentasse um alto alinhamento das fibras . Em outros estudos de Hu et al.24 e Xu et al.25 fibras altamente alinhadas foram fabricadas com sucesso através de um coletor de disco fino com diâmetro de 280 mm e 200 mm, respectivamente. Este método pode oferecer uma melhor orientação das fibras, porém este tipo de coletor possui uma área de acesso limitada para coleta de fibras alinhadas. Kador et al. cobriu um copo de plástico com papel alumínio e colocou um fio de cobre no centro do copo como pino central, enquanto ambos estavam conectados ao mesmo terra. Os autores alegaram ter removido com sucesso vazios e grânulos das fibras geradas, embora fosse necessário processamento prévio para a eletrofiação . Alguns pesquisadores utilizaram configurações de eletrodos auxiliares para alcançar um alto grau de controle sobre a orientação e deposição das fibras eletrofiadas na área do coletor . Por exemplo, Zaho et al. usou um coletor de eletrodo paralelo em vez de um tambor giratório regular e colocou um anel de cobre carregado positivamente entre o coletor e a agulha. Nanofibras altamente alinhadas foram produzidas por um longo tempo de fiação; no entanto, as adições tornam a configuração bastante complexa e dispendiosa28. Em um trabalho mais recente de Tindell et al., um controle espacial preciso sobre a orientação das fibras foi alcançado usando eletrofiação assistida magneticamente. Ao ter múltiplas configurações magnéticas instaladas na configuração, uma variedade de gradientes de fibra foram produzidos, incluindo fibras altamente alinhadas dentro da região magnética e fibras suavemente alinhadas dentro da região não magnética . As fibras altamente alinhadas, neste estudo, são inteiramente dependentes da configuração do ímã. Além disso, outros estudos fabricaram nanofibras por meio de fieiras laterais que depositam as fibras no coletor em direções opostas . Por exemplo, em 2019 Tian et al. empregou uma configuração de eletrofiação conjugada para obter microfibras alinhadas, melhorando as condições da configuração. As fibras fabricadas se beneficiaram de características importantes, incluindo magnetismo sintonizável, condução eletricamente anisotrópica e fluorescência aprimorada .