میکرو/نانوالیاف غیربافتی به منظور استفاده در ماسک های تنفسی/فیلترها با روش جت پاششی مذاب
محور پژوهش
تجهیزات و ملزومات پزشکی
پژوهشکده/دانشکده
مهندسی مکانیک
حوزه پژوهش
تجهیزات و ملزومات پزشکی
عنوان
میکرو/نانوالیاف غیربافتی به منظور استفاده در ماسک های تنفسی/فیلترها با روش جت پاششی مذاب هدف از اجرای پژوهش، کاربردها، مزیت‌ها و ضرورت انجام پروژه: در این تحقیق به ساخت و مشخصه یابی خواص مکانیکی، ساختاری و خود ضدعفونی کنندگی غشاءهای پلیمری نانو/میکروالیاف تهیه شده به روش جت پاششی مذاب پرداخته‌شده و از پلیمر پلی‌پروپیلن به عنوان پلیمر پایه و تقویت کننده های گیاهی و یا آلی که می تواند خواص خود ضدعفونی کننده (آنتی باکتریال/آنتی وایرال) به الیاف ارائه دهد استفاده می شود. میکرو و نانوذرات ذرات مس و یا عصاره های گیاهی از جمله مواد افزودنی مطابق با فرضیه های تحقیق بوده که با روش های دیسپارسیون مناسب و یا بارگذاری دارویی به الیاف اضافه و یا پوشش داده می شوند. غشاءهای پلیمری علی‌رغم کاربرد فناورانه و رو به رشد خود در محصولات صنعتی و یا تحقیقات جدید دارای مسائل چالشی هستند که هنوز بی‌پاسخ مانده‌است. به طور مشخص روش‌های متنوع تولید غشاءهای پلیمری یکی از مسائل مهم در تحقیقات محسوب شده که علی‌رغم تحقیقات تجربی گسترده نیازمند به بررسی بیشتر به خصوص در زمینه تولید به روش‌های غیرالکتروریسی است. روش الکتروریسی رایج‌ترین روش تولید نانوالیاف است که با محدودیت‌هایی جدی از جمله ضرورت حلالیت پلیمر در حلال، نیاز به منبع ولتاژ بالا، بازدهی پایین و هزینه بالا همراه است. فناوری نانوالیاف با توجه به کاربردهای مختلف آن در زمینه‌ مهندسی بافت و فیلتراسیون، به دلیل گستردگی روش‌های مختلف تولید آن، همواره مورد توجه محققان قرار گرفته‌اند. رایج‌ترین روش تولید نانوالیاف، روش الکتروریسی است. این روش دارای انواع متنوعی از قبیل الکتروریسی حبابی، الکتروریسی به‌ کمک گاز، الکتروریسی مذاب، الکتروریسی به کمک میدان مغناطیسی، الکتروریسی چند‌نازله، الکتروریسی دوجزیی، الکتروریسی بدون‌سوزن و الکتروریسی گریز‌ از‌ مرکز است. روش‌های دیگری نیز برای تولید نانو الیاف وجود دارد مانند کشش، خودآرایی، جدایش فازی، پلیمریزاسیون فصل مشترکی، رشد به‌کمک الگو، رشد بخار-مایع-جامد و سنتز هیدروترمال. در روش تولید نانو/میکروالیاف با دستگاه جت پاششی مذاب، با بالا رفتن سرعت چرخش نازل، نیروی گریز از مرکز بر نیروی کشش سطحی غلبه می‌کند و الیاف با نرخ تولید بالایی در مقایسه با دیگر روش‌های تولید نانو/میکروالیاف حاصل می‌شود. کاربرد یافته‌های این تحقیق در فیلتراسیون، مهندسی پزشکی، مهندسی بافت و زخم‌پوش‌ها بوده که تولید غشاءهای پلیمری نانو/میکروالیاف با روش‌‌های نوین‌تر و ساده‌تر برخلاف الکتروریسی و با سرعت تولید بسیار بالا قابل تصور است. ضرورت و اهمیت طرح: استفاده از برخی حلال‌ها برای تهیه محلول‌های الکتروریسی به‌دلیل مسائل زیست‌محیطی و سلامت با محدودیت مواجه بوده و لازم است از روش‌های دوست‌دار محیط‌زیست به‌جای روش حلالی استفاده شود. روش الکتروریسی مذاب که در آن از مذاب پلیمر به‌جای محلول پلیمری استفاده می‌شود، جایگزین مناسبی برای برخی مواد محسوب می‌شود. نارسانایی و ویسکوزیته بالای مذاب پلیمر‌ها از جمله مهم‌ترین عواملی است که قابلیت الکتروریسی آن‌ها را محدود می‌کند. در روش الکتروریسی مذاب، بر خلاف الکتروریسی محلول، نیازی به تبخیر حلال برای انجماد الیاف پلیمری وجود نداشته و از سمیت ناشی از وجود حلال باقیمانده در الیاف مورد‌استفاده در سیستم‌های زیستی جلوگیری به عمل می‌آید. از طرف دیگر، الیاف حاصل از این روش به‌دلیل سرد‌شدن سریع مذاب دارای سطحی کاملاً صاف و همگن است، در حالی که سطح الیاف در روش الکتروریسی محلول، به‌علت تبخیر حلال از سطح آن‌ها معمولاً صاف و هموار نیست. در روش ریسندگی گریز‌ از‌ مرکز مورد این طرح از میدان الکتریکی استفاده نمی‌شود و به‌جای آن از نیروی گریز‌ از‌ مرکز برای تشکیل الیاف بهره‌برداری می‌شود. هرگاه سرعت چرخش نازل که حاوی مذاب پلیمری است، به یک مقدار بحرانی برسد، نیروی گریز‌ از‌ مرکز برای غلبه بر کشش سطحی کافی بوده و لذا جت مایع از نوک نازل خارج شده و به‌شکل الیاف به‌سمت جمع‌کننده کشیده می‌شود. از جمله مزیت های این طرح استفاده از روشی است که می توان با استفاده از فناوری موجود نانوکامپوزیت های پلیمرهای پایه مورد ریسندگی را تهیه کرد. از ویژگی‌های این روش می‌توان به بازدهی بالا، نرخ تولید بالا، قیمت کم و همچنین استفاده از مذاب پلیمری بجای محلول پلیمری نام برد. گزارش و شرح زیرساخت‌ها، فعالیت‌ها، و دستاوردها تاکنون سامانه جت پاششی مذاب در آزمایشگاه پلیمر و نانوکامپوزیت ساخته شده است. در ادامه این فعالیت الیاف میکرو بر پایه پلیمر خالص و ساخت مشتقات میکروکامپوزیتی آن ساخته و امکان سنجی شده است. در تصاویر زیر تهیه الیاف و یک نمونه از غشاء تهیه شده مورد استفاده در ماسک های تنفسی نمایش داده شده است. زیرساخت مورد نیاز به منظور این طرح تجهیزات حوزه نانوفناوری و فرآوری پلیمرها و ساخت نانوکامپوزیت ها است که این قابلیت در آزمایشگاه پلیمر و نانوکامپوزیت مستقر در دانشکده مهندسی مکانیک وجود دارد. تا کنون یک پروژه کارشناسی بر روی امکان سنجی طرح صورت گرفته است و بطور بالقوه قابلیت انجام چند پروژه کارشناسی ارشد و دکتری را دارا می باشد. تصاویر و محتوای گرافیکی مرتبط: در تصاویر زیر الیاف و غشاء تهیه شده از روش جت پاششی مذاب در این طرح مشاهده می گردد.