Transcript betak_priprava_mikrovlaken

Příprava mikrovláken pro
medicínské aplikace
Mgr. Jiří Běťák
Contipro Biotech s.r.o.,
Dolní Dobrouč
Vlákno (monofilament)
Silně anizotropní struktura, kde jeden rozměr
mnohokrát převyšuje rozměry ostatní (délka vlákna
>>> průměr)
Výrazně flexibilní struktura
Jemnost vláken (délková hmotnost)
Zvlákňované polymery
Přírodní
Syntetické
Celulóza (nativní, CMC)
Polyalkany (PE, PP)
Chitosan/Chitin
Polyestery (PET, PLA,
PLGA)
Alginát
Polyamidy (nylon, kevlar)
Kolagen
Polysiloxany
Značná převaha produkce syntetických vláken – dobře definovatelný materiál
Bourec morušový (Bombyx mori)
Přírodní
hedvábí
Vlákno
bílkovinné
povahy
(fibroin a
sericin)
Délka filamentu
v kokonu 300900m
Video
Textilie v medicíně
Topické krycí materiály
Chirurgické šicí nitě
Separační antiadhezní chirurgické
textilie
Textilní mechanické opory
Textilní scaffoldy – šlachy, cévy, vazy, nervy, pokožka…
Proces tvorby vlákna
Vláknotvorné makromolekuly
Základní parametry:
Preference lineárních (nevětvených) makromolekul
Vyšší polymerační stupně (molekulové hmotnosti)
Preference nízkých polydisperzit (úzká distribuce MW)
Výchozí forma polymeru
Pevná fáze ( prášek, granulát, štěpky )
„Likvidifikace“ polymerů
Rozdělení polymerních materiálů podle způsobu převodu do
kapalné fáze
Tavení
Rozpouštění
(PE, PP,
polyestery…)
(Polysacharidy, PAN,
PVC…)
Vše závisí na chemické struktuře polymerního řetězce
Soudržnost řetězců
Polymer v suchém stavu
(řetězce jsou v těsné
blízkosti)
Přitažlivé i odpudivé
meziřetězcové síly
Kohezní meziřetězcové síly
Jejich úlohou je udržovat kondenzovaný stav
polymeru.
Vazby nekovalentní povahy, disociační energie řádově
slabší než vazebné interakce.
Působnost na velmi krátké vzdálenosti
Fluktuační povaha
Síly jsou sice velmi slabé, nicméně jsou značně
koncentrovány
Kohezní meziřetězcové síly
Vodíkové můstky
Disperzní síly
Polární síly
Tavení polymerů
Probíhá striktně v inertní atmosféře
S rostoucí teplotou dochází ke zrychlování vibračního
a rotačního pohybu jednotlivých polymerních
segmentů (částí řetězců), což postupně vede k
rozvolnění struktury.
Nízké body tání mají čistě alifatické polymery (např. PE
130°C, PP 160°C), kde se neuplatňují vodíkové
můstky, či polární síly.
Struktura vs Fyz. vlastnosti
S rostoucím podílem hydrofobních alifatických řetězců v
polymerní struktuře, klesá teplota tání, zároveň se snižuje
afinita vlákna k vodě.
Teplota skelného
přechodu
Teplota, při které se začínají rozvolňovat jednotlivé
segmenty polymerních řetězců.
Změna „skelného“ elastického chování polymeru v
chování „kaučukovité“ – viskoelastické.
Definuje užitné vlastnosti a podmínky užívání daného
polymerního výrobku.
U syntetických vláken jsou preferovány polymery s Tg
nad 50-80°C (jinak dochází k vytahávání textilu při
praní).
Zvlákňování z taveniny
Video
Carbon-based conductive fibers
production
Rozpouštění polymerů
Penetrace molekul rozpouštědla mezi polymerní
řetězce.
Solvatace a vzájemná separace řetězců – snížení
kohezních interakcí typu „Polymer-Polymer“.
Termodynamika mísení
GM  RT n1 ln 1  n2 ln 2   n12 
Rovnice nám říká, zda je vůbec termodynamicky přípustné aby se
dvě složky (polymer a rozpouštědlo) mísily.
Huigginsův interakční
parametr
Hansenovy parciální
parametry (tabelované pro
polymery i rozpouštědla)
V1
2
  1   2   
RT
    
2
2
d
2
p
2
h
Hansenův rozpustnostní prostor
Charakter polymeru (vliv délky alifatického řetězce)
Zvlákňování z roztoku
2) Zpracování vláken do implantovatelných textilií
Srážení vlákna
Polymerní
proud
Molekuly polymerního
rozpouštědla začínají z
vlákna difundovat do
srážecí lázně, srážecí
lázeň naopak prochází
do vlákna. Srážecí
roztok se chová jako
nerozpouštědlo k
polymeru, proto se
polymer snaží
minimalizovat
společnou styčnou
plochu. Dochází k
preferenci interakce
„Polymer-Polymer“.
Vlákno
vstupující do
srážecího
roztoku
Vlákno ve
srážecí lázni
Extruzní trysky
Dloužení vláken
Postupné zvyšování natahovací síly vede k nárůstu orientace
řetězců až ke vzniku „semikrystalických“ oblastí -fibrily.
Míra orientovanosti vláken RTG metody a DSC
Dloužení vláken
Vlastnosti orientovaného vlákna
Dloužicí
poměr
Pevnost
za sucha
(p/den)
Tažnost za
sucha (%)
Poločas barvení
t1/2 (min)
nedlouže
né
1,8
>130
7
1:3
2,09
108,5
11
1:4
3,08
87
15
1:4,75
4,26
34
18
Mechanické vlastnosti
Měření tahové odolnosti
Stanovení pevnosti a
tažnosti
Elastický modul – tuhost
vlákna
Houževnatost vláken
Mechanické vlastnosti
Kevlarové vlákno
Kevlar – extrémně orientované polyamidové
vlákno
(p-fenylendiamin a kyselina tereftalová)
Lycrové vlákno
Extrémní natahovatelnost je dosažena těsným spojením dvou filamentů o
rozdílné pružnosti – vznik „helikální“ makrostruktury se stálým předpětím.
Vlákno jako nosičová matrice
2 koncepty:
Disperze
aditiva
Kovalentní
vazba aditiva
Požadavky na vl. nosič
Vlákno musí být dostatečně stabilní v rámci aplikačních
podmínek.
Biokompatibilita všech degradačních štěpů
Dobrá afinita k dispergované látce
Řízená degradace linkeru s rychlejší kinetikou
než degradace matrice
Postprocesní implementace léčiva
Analogie s barvením vláken pomocí disperzních, či reaktivních barviv
(vznik kovalentní vazby mezi léčivem a vlákenným substrátem).
Difuzně řízený děj, který je velmi silně závislý na chemické a strukturní
povaze vlákna.
S rostoucí orientovaností makromolekulárních řetězců, tzn. s rostoucím
dloužením, silně klesá schopnost vlákna být modifikováno
(dopováno).
Difuze procesních činidel do vlákna je značně podpořena jeho
bobtnacími schopnostmi.
Povrchová stabilizace
c =5E-2M
c=5E-2M
c =1E-3M
c =5E-3M
c =5E-4M
0
2
3
4
5
Rozpuštěn
o
Kousky
vlákna
Bobtná >
50%
Bobtná <
50%
Téměř
nebobtn
á
c =5E-5M
Zpracování vláken
Řezání filamentů – tvorba „staplů“
Sdružování vláken – „roving“
Tvorba netkaných textilií zpracováním staplů
Skaní příze – „Zakrucování do multifilamentových
nití“
Textilní techniky – tkaní, pletení
Skací zařízení (zakrucování)
Biodegradabilní síťoviny
DĚKUJI ZA POZORNOST
www.contipro.com