مدرس دوره: ستاره برارپور؛ فارغ التحصیل ارشد مهندسی پزشکی گرایش بیومتریال
مدت زمان دوره:7 ساعت و 20 دقیقه
سرفصل‌ها در یک نگاه:
1 . مقدمه‌ای بر الکتروریسی
- تعریف
- تاریخچه
- مکانیسم‌های اصلی فرآیند الکتروریسی
- مراحل فرآیند الکتروریسی
2. دستگاه الکتروریسی
- انواع دستگاه
- اجزای دستگاه
- مقایسه دستگاه‌ها
3. پارامترهای موثر در الکتروریسی
- پارامترهای فرآیند
- پارامترهای محیطی
- پارامترهای محلول
- روش‌های بهینه‌سازی
4. مواد طبیعی و مصنوعی مورد استفاده در فرآیند الکتروریسی
- پلیمرهای طبیعی
- پلیمرهای مصنوعی
- حلال‌ها
- افزودنی‌ها
5. الیاف الکتروریسی شده
- مورفولوژی الیاف
- خواص مکانیکی الیاف
- خواص حرارتی الیاف
6. کاربرد الیاف الکتروریسی شده
- مهندسی بافت
- دارورسانی
- فیلترها
- الکترونیک
7. تحلیل و ارزیابی الیاف الکتروریسی شده
- روش‌های میکروسکوپی
- آزمون‌های مکانیکی
- آزمون‌های حرارتی
8. بررسی پروژه‌های انجام شده
- اهمیت علمی الکتروریسی
- اهمیت الکتروریسی در صنعت
9. چالش‌ها و چشم‌انداز آینده الکتروریسی
- چالش‌های علمی
- چالش‌های صنعتی
- نوآوری‌ها
توضیح سرفصل های دوره الکتروریسی:
مقدمه‌ای بر الکتروریسی
تعریف
الکتروریسی (Electrospinning) یک فناوری پیشرفته برای تولید الیاف بسیار نازک در مقیاس نانومتری است که از نیروی الکتریکی قوی برای کشش محلول‌های پلیمری یا مذاب استفاده می‌کند. این روش به دلیل سادگی، کم‌هزینه بودن و امکان کنترل دقیق بر ساختار و خواص الیاف تولیدی، در حوزه‌های مختلف صنعتی و تحقیقاتی بسیار مورد توجه قرار گرفته است.
تاریخچه
ریشه‌های الکتروریسی به اوایل قرن بیستم بازمی‌گردد، زمانی که اولین بار “آنتون فورک” رفتار مایعات در میدان الکتریکی را بررسی کرد. در دهه‌های بعد، با توسعه فناوری‌های جدید، این روش برای تولید نانوالیاف با خواص ویژه به کار گرفته شد و امروز یکی از پایه‌های اصلی در مهندسی مواد و دارورسانی است.
مکانیسم‌های اصلی فرایند الکتروریسی
در فرایند الکتروریسی، اعمال یک میدان الکتریکی قوی به یک محلول یا مذاب پلیمری باعث ایجاد نیروی کولمبیک می‌شود که بر نیروهای کششی و سطحی غلبه کرده و یک جت مایع بسیار نازک ایجاد می‌کند. این جت، در مسیر حرکت به سمت جمع‌کننده، حلال خود را از دست می‌دهد یا خنک می‌شود و در نهایت الیاف نانومتری شکل می‌گیرند که در این دوره به تفصیل با این مکانیسم‌ها آشنا خواهید شد.
مراحل فرایند الکتروریسی
مراحل اصلی فرایند که کاملا در دوره توضیح داده شده است شامل آماده‌سازی محلول یا مذاب پلیمری، اعمال ولتاژ بالا، ایجاد جت الکتریکی، کشیده شدن جت و رسوب الیاف روی جمع‌کننده است. کنترل هر مرحله به دقت باعث می‌شود که ویژگی‌های نهایی الیاف مانند قطر، یکنواختی و تخلخل تعیین شود.
- تعریف
- تاریخچه
- مکانیسم‌های اصلی فرآیند الکتروریسی
- مراحل فرآیند الکتروریسی
دستگاه‌های الکتروریسی و مقایسه آنها
دستگاه‌های الکتروریسی به طور کلی به دو گروه رومیزی (لابراتواری) و صنعتی تقسیم می‌شوند و بسته به نیاز، در انواع سوزن‌دار (تک یا چندسوزنه)، بدون سوزن و دستگاه‌های دوار یا کوآکسال موجود هستند. اجزای اصلی این دستگاه‌ها شامل سیستم تزریق محلول (مثل سرنگ)، منبع تغذیه ولتاژ بالا، جمع‌کننده و سامانه‌های کنترل دما و رطوبت می‌شود که طراحی دقیق آنها نقش مهمی در کیفیت محصول نهایی دارد. در مقایسه، دستگاه‌های سوزن‌دار کنترل بهتر ولی دبی کمتری دارند، در حالی که مدل‌های بدون سوزن برای تولید انبوه مناسب‌تر بوده اما کنترل دقیق‌تری نیاز دارند.
- انواع دستگاه
- اجزای دستگاه
- مقایسه دستگاه‌ها
پارامترهای مؤثر و بهینه‌سازی در فرآیند الکتروریسی
فرآیند الکتروریسی تحت تأثیر پارامترهای متعددی قرار دارد؛ ولتاژ اعمالی، فاصله سوزن تا جمع‌کننده، سرعت تزریق و نوع جمع‌کننده از پارامترهای فرایندی اصلی هستند که مستقیماً بر مورفولوژی الیاف اثر می‌گذارند. شرایط محیطی مانند دما، رطوبت نسبی و جریان هوا نیز با تغییر سرعت تبخیر حلال، به طور غیرمستقیم کیفیت الیاف را تحت تأثیر قرار می‌دهند. همچنین ویژگی‌های محلول از جمله ویسکوزیته، رسانایی، کشش سطحی و غلظت پلیمر در تشکیل الیاف یکنواخت بسیار اهمیت دارند. برای دستیابی به بهترین نتایج، این پارامترها به طور هدفمند بهینه‌سازی می‌شوند تا مثلاً از ایجاد مهره جلوگیری یا قطر الیاف کاهش یابد.
- پارامترهای فرآیند
- پارامترهای محیطی
- پارامترهای محلول
- روش‌های بهینه‌سازی
مواد طبیعی و مصنوعی مورد استفاده در فرایند الکتروریسی
در الکتروریسی از پلیمرهای طبیعی مانند ژلاتین، کیتوسان، کلاژن و فیبرین به دلیل زیست‌سازگاری بالا در کاربردهای پزشکی بهره گرفته می‌شود، در حالی که پلیمرهای مصنوعی نظیر PCL، PEO و PLA به خاطر خواص مکانیکی قوی و فرآیندپذیری مناسب در صنایع مختلف استفاده می‌شوند. انتخاب حلال‌هایی مثل HFIP، DMF و DCM که قابلیت حل پلیمر و ویژگی‌های تبخیر مناسبی دارند، برای موفقیت فرآیند حیاتی است. همچنین افزودنی‌هایی مانند نانوذرات، داروها و عوامل سطحی برای ارتقاء خواصی چون رسانایی، زیست‌فعالی و خاصیت ضدباکتریایی به کار می‌روند.
- پلیمرهای طبیعی
- پلیمرهای مصنوعی
- حلال‌ها
- افزودنی‌ها
ویژگی‌های الیاف الکتروریسی شده
مورفولوژی الیاف شامل قطر، یکنواختی، میزان تخلخل و وجود مهره‌هاست که تحت تأثیر شرایط فرآیند و ترکیب محلول تغییر می‌کند. خواص مکانیکی مانند استحکام کششی، مدول الاستیسیته و ازدیاد طول تا شکست، نقش کلیدی در کاربردهایی مثل مهندسی بافت و فیلترها دارند. همچنین خواص حرارتی همچون دمای ذوب و دمای انتقال شیشه‌ای (Tg) تعیین‌کننده پایداری الیاف در برابر حرارت و فرایندهای بعدی است.
- مورفولوژی الیاف
- خواص مکانیکی الیاف
- خواص حرارتی الیاف
کاربرد الیاف الکتروریسی شده
مهندسی بافت
الیاف نانومتری به دلیل شباهت به ماتریکس خارج سلولی (ECM) بستری عالی برای رشد سلول‌ها فراهم می‌کنند و در بازسازی پوست، غضروف، استخوان و عروق استفاده می‌شوند.
دارورسانی
الیاف الکتروریسی شده قابلیت بارگذاری کنترل شده داروها را دارند و می‌توانند رهایش هدفمند و زمان‌بندی شده مواد دارویی را برای درمان بیماری‌های مزمن یا سرطان فراهم کنند.
فیلترها
به علت نسبت سطح به حجم بالای الیاف، ساختارهای الکتروریسی شده به عنوان فیلترهای کارآمد در تصفیه آب، هوا و ماسک‌های تنفسی کاربرد فراوانی دارند.
الکترونیک
نانوالیاف می‌توانند به عنوان اجزای رسانا، حسگر یا مواد دی‌الکتریک در ساختارهای الکترونیکی پیشرفته از جمله باتری‌ها، خازن‌ها و لباس‌های هوشمند مورد استفاده قرار گیرند.
- مهندسی بافت
- دارورسانی
- فیلترها
- الکترونیک
تحلیل و ارزیابی الیاف الکتروریسی شده
ارزیابی الیاف الکتروریسی شده شامل بررسی دقیق مورفولوژی آنها با استفاده از میکروسکوپ‌های SEM و AFM، انجام آزمون‌های مکانیکی مانند کشش و فشار برای تعیین استحکام و انعطاف‌پذیری، و تحلیل حرارتی به روش‌هایی نظیر DSC و TGA برای سنجش پایداری دمایی و رفتار فازی است. الکتروریسی به عنوان یک فناوری پیشرو برای تولید ساختارهای نانومقیاس با ویژگی‌های مهندسی‌شده، اهمیت علمی و صنعتی بالایی دارد و نقشی کلیدی در حوزه‌های دارورسانی، مهندسی بافت، سنسورهای زیستی و فناوری انرژی ایفا می‌کند. به علاوه، به دلیل خواص منحصربه‌فرد و هزینه تولید مناسب، این روش در صنایع پزشکی، نساجی، تصفیه آب، بسته‌بندی غذا و الکترونیک کاربردهای گسترده‌ای یافته است.
- روش‌های میکروسکوپی
- آزمون‌های مکانیکی
- آزمون‌های حرارتی
چالش‌ها و چشم‌انداز آینده الکتروریسی
فرآیند الکتروریسی همچنان با چالش‌هایی چون کنترل دقیق‌تر مورفولوژی جت، تولید الیاف چندجزئی، افزایش مقیاس تولید، توسعه دستگاه‌های صنعتی مقرون‌به‌صرفه و تضمین کیفیت و ایمنی محصولات مواجه است. در کنار این چالش‌ها، نوآوری‌هایی مانند استفاده از مواد هوشمند، روش‌های بدون سوزن، الکتروریسی هیبریدی و سه‌بعدی آینده این فناوری را رقم می‌زنند که در این دوره به طور مفصل به آنها پرداخته‌ایم.
- چالش‌های علمی
- چالش‌های صنعتی
- نوآوری‌ها
موارد مرتبط
نظرات
قیمت
دیدگاهها
هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.