EFFECT OF DIFFERENT SOLVENT SYSTEMS ON FIBER MORPHOLOGY AND PROPERTY OF ELECTROSPUN PCL NANO FIBERS

Year 2021, Volume: 28 Issue: 122, 61 - 76, 30.06.2021

Md Taufiq Khan Md Abdullah Al Mamun Rony Mia Anchang Xu Mohammad Mamunur Rashid

Abstract

Polycaprolactone (PCL) is biocompatible aliphatic polyester with many possible applications in the medical field. Porous electrospun Polycaprolactone (PCL) fibers were produced through a non-solvent induced phase separation mechanism, using binary solvent systems with different properties. The effect of single and binary solvent systems on the fiber size and surface morphology were investigated. Dichloromethane (DCM) was used as a good solvent in mixtures with a poor solvent, dimethyl sulfoxide (DMSO), in order generate to pores on the fiber surface. The effect of polymer concentrations (12%, 14% and 16%) w/v and solvents ratios (9:1, 7:3 and 5:5) v/v were investigated on nanofiber formation. During electrospun fiber production, the flow rate was 0.12mL/h, the distance between needle and collector was 15cm and the applied voltage was 12kV. SEM micrographs showed successfull production of PCL nanofibers with different solvents. With increasing the polymer concentration and changing the ratio of the solvents porous PCL electrospun nanofiber was produced. In binary solvent systems 16% PCL polymers and (7:3) % solvents ratio solution make even, beads free, smooth and porous PCL electrospun fiber. Combining the inherent properties of the PCL matrix with the characteristic of nanofibrous mats, result in promising materials that can be suitable for different applications, including biomedical applications. The advantages of nanofibrous structures include large surface area, small diameter of pores and high porosity, which make them of great interest in different applications. Porous electrospun fiber is better for cell development.

Keywords

Polycaprolactone (PCL), Electrospinning, Nanofibers, Porous fibers

Thanks

This work was jointly supported by the Chinese Government CSC Scholarship Program (CSC Number: 2018SLJ020402, 2019SLJ019821 and 2019SLJ019829) and State Key Laboratory of New Textile Materials and Advanced Processing Technologies, Wuhan Textile University, Wuhan 430200, People’s Republic of China.

FARKLI ÇÖZÜCÜ SİSTEMLERİNİN ELEKTRİK ALAN LİF ÇEKİM YÖNTEMİ İLE ÜRETİLMİŞ PCL NANO LİFLERİN LİF MORFOLOJİSİ VE ÖZELLİKLERİNE ETKİSİ

Abstract

Polikaprolakton (PCL) tıbbi alanda olası birçok uygulaması bulunan biyouyumlu alifatik bir poliesterdir. Bu çalışmada farklı özelliklere sahip ikili çözücü sistemleri kullanılarak, çözücü kaynaklı olmayan faz ayırma mekanizması yolu ile elektrik alan lif çekimi yönteminde gözenekli PCL lifleri üretilmiştir. Tekli ve ikili çözücü sistemlerinin lif boyutu ve yüzey morfolojisi üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Diklorometan (DCM), lif yüzeyinde gözenekler oluşturmak için zayıf bir çözücü olan dimetil sülfoksit (DMSO) ile karışımlarda iyi bir çözücü olarak kullanılmıştır. Nano lif oluşumuna polimer konsantrasyonlarının (%12, %14 ve %16) w/v ve çözücü oranlarının (9:1, 7:3 ve 5:5) v/v etkisi araştırılmıştır. Elektrik alan ile lif çekimimde akış hızı 0,12mL/h, iğne ile kolektör arasındaki mesafe 15cm ve uygulanan voltaj 12kV olarak seçilmiştir. SEM fotoğrafları, farklı çözücüler ile PCL nanoliflerinin başarılı bir şekilde üretildiğini göstermiştir. Polimer konsantrasyonunun arttırılması ve çözücü oranlarının değiştirilmesi ile gözenekli PCL nanolifler üretilmiştir. İkili çözücü sistemlerinde %16 PCL polimerleri ve (7:3) % çözücü oranlı çözelti ile düzgün, boncuksuz, pürüzsüz ve gözenekli PCL lifler üretilebilmiştir. PCL matrisinin kendine has özelliklerini nano lifli matların karakteristiğiyle birleştirmek, biyomedikal uygulamalar dahil olmak üzere farklı uygulamalar için uygun olabilecek umut verici malzemelerin üretimi ile sonuçlanmıştır.Nanolifli yapıların geniş yüzey alanı, küçük gözenek çapı ve yüksek gözeneklilik gibi özellikleri içeren avantajları bu lifleri farklı uygulamalarda ilgi odağı haline getirmektedir. Elektrik alan lif çekimi ile üretilmiş gözenekli lifler hücre geliştirme için daha iyi bir alternatifdir.

Keywords

Polikaprolakton (PCL), Elektrik alan ile lif çekimi, nanolifler, gözenekli lifler

References

• 1. Hoskins, J. N., & Grayson, S. M. J. M. (2009). Synthesis and degradation behavior of cyclic poly (ε-caprolactone). Macromolecules, 42(17), 6406-6413. Doi: 10.1021/ma9011076
• 2. Kim, H. H., Kim, M. J., Ryu, S. J., Ki, C. S., Park, Y. H. J. F. (2016). Effect of fiber diameter on surface morphology, mechanical property, and cell behavior of electrospun poly (ε-caprolactone) mat. Polymer, 17(7), 1033-1042.
• 3. Woodruff, M. A., & Hutmacher, D. W. J. P. i. p. s. (2010). The return of a forgotten polymer—Polycaprolactone in the 21st century. Progress in Polymer Science, 35(10), 1217-1256. Doi: 10.1016/j.progpolymsci.2010.04.002
• 4. Asandei, A. D (2011). Early Transition Metal Catalyzed Living Radical and Ring Opening Polymerizations for Complex Copolymer Architectures. Paper presented at the 56th Annual Report on Research Under Sponsorship of The American Chemical Society Petroleum Research Fund.
• 5. Huang, C.-H., Wang, F.-C., Ko, B.-T., Yu, T.-L., & Lin, C.-C. J. M. (2001). Ring-opening polymerization of ε-caprolactone and L-lactide using aluminum thiolates as initiator. Macromolecules, 34(3), 356-361. Doi: 10.1021/ma0014719
• All the references are presented in the paper file ...