Fabricarea de substraturi fibroase cu efect [613972]

Fabricarea de substraturi fibroase cu efect
antiinflamator ob ținute prin electrofilare

Absolvent: [anonimizat]. Georgiana -Dana Dumitrescu
Coordonatori științifici : Prof. Dr.Ing. Izabela -Cristina Stancu
Ș.l.Dr.Ing. Diana -Maria Drăgușin Žakman
Universitatea POLITEHNICA din București
Facultatea de Chimie Aplicată și Știința Materialelor
Master: Știința și Ingineria Polimerilor

2
Cuprins
I. REFERAT DE LITERATURĂ ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………. 4
1) Istoric ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………….. 4
2) Echipamente de electrofilare ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………… 4
3) Procesul de electrofilare ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………….. 5
4) Principiul de funcționare al aparatului ………………………….. ………………………….. ………………………… 6
5) Tipuri de electrofilări ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………. 9
a. Electrofilare din sol uție ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………… 9
b. Electrofilare din topitură ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………….. 10
c. Electrospraying ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………………. 11
d. Electro filarea coaxială ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………… 11
e. Electrofilarea din emulsie ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………. 12
f. Electrofilarea umedă ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………….. 12
6) Parametrii electrofilări ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………….. 13
• Influența parametrilor asupra calității fibrelor ………………………….. ………………………….. …………… 15
7) Aparatul de electrofilare ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………….. 17
i. Panoul de utilizare ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………….. 17
ii. Tipuri de colectori ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………… 19
8) Câteva caracteristici ale fibrelor ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 20
9) Materiale utilizate în teste ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………….. 22
a. Piroxicam ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 22
b. (2-Hidr oxipropil) -β-ciclodextrină ………………………….. ………………………….. ………………………….. . 23
c. Gelatina de pește ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………… 24
10) Aplicații ale micro – și nano – fibrelor ………………………….. ………………………….. ………………………. 25
II. CERCETARE EXPERIMENTALĂ ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………….. 29
1) OBȚINEREA STRUCTURILOR FIBROASE PRIN ELECTROFILARE ………………………….. ……………………. 29
i. Optimizarea parametrilor de proces ………………………….. ………………………….. …………………………. 29
ii. Fabricarea de structuri fibroase multistrat cu proprietăți antiinflamatorii ………………………….. …. 33
iii. Stabilizarea structurilor multistrat prin reticulare ………………………….. ………………………….. ………. 36
2) CARACTERIZAREA STRUCTURILOR MULTISTRAT ………………………….. ………………………….. …………. 36
a. Analiza probelor prin spectroscopie în infraroșu cu transformata Fourier (FT -IR) ………………… 37

3
b. Caracterizarea morfo -structurală a structurilor multistrat prin microscopie optica (MO ) ……… 39
c. Caracterizarea morfo -structurală a structurilor multistrat pr in SEM ………………………….. ……… 42
3) CONCLUZII ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……. 43
4) BIBLIOGRAFIE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. .. 44

4
Fabricarea de substraturi fibroase cu efect antiinflamator
obținute prin electrofilare

I. REFERAT DE LITERATUR Ă

1) Istoric
Printre abordările mai multor nanotehnologii, tehnica de electro filare se observă ca o
strategie promițătoare. Ea a fost dezvoltată pe baza fenomenului de "electrospray", descris pentru
prima dată în 1882 de Lord Rayleigh, care a descoperit că o picătură foarte în cărcată s -ar rupe în
picături mai mici pentru a trece printr -un gradient de tensiune. În loc să producă picături mici, ca
și în procesul de “electrospray ”, electrofilarea produce fibre lungi [1].
Metoda de electro filare datează din 1914 la lucrarea Zeleny și a fost denumită anterior
"filare electrostatică". Acest cercetător a descoperit că tehnic a este utilă pentru filarea fibrelor
polimerice având un diametru mic. Această metodă, care folosește principiul electrostatici tății,
depinde de forța electromotoare ce conduce la formarea fibrei [2].

2) Echipamente de electrofilare

Electro spinnerul cu atmosferă controlată este un
echipament dedicat activităților de cercetare avansată
și dezvoltării tehnicilor de electrospinning. Acest
echipament oferă posibilitatea de a selecta nivelul de
temperatură și umiditate relativă din interiorul
camerei de filare pentru a îmbunătăț i stabilitatea
procesului și obținerea de rezultate reproductibile,
indiferent de condițiile alese. Electrospinnerul cu
mediu controlat reprezint ă o platformă sigură, ușor de
utilizat și versatilă pentru o mare varietate de
experimente și aplicații de prod ucție a nanofibrelor.

EC-CLI.3

5
Procesul de electrofilare apare ca o tehnică eficientă, parametri simpl i, simplificați și
încorporați mai ieftin cu alte tehnici. Electrofilarea este o tehnică puternică, utilizată în general în
combinație cu tehnica sol-gel. Soluția tipică sol -gel utilizată cu tehnica electrofilării constă dintr –
un precursor injectabil ce conține polim er și un solvent u șor volatil. Solventul este utilizat pentru
a controla vâscozitatea, conductivitatea , precum și conformația și greutatea moleculară a
polimerului , dar și pentru a asigura ulterior, prin evaporare rapidă, formarea de fibre stabile .
Solvenți precum apa, metanolul, izopropanolul, etanolul și alții sunt utilizați pe scară largă ca
parametri i ai soluției [4]. Unii polim eri nu pot fi electrofila ți datorită solubilității limitate într -un
solvent adecvat pentru electrospinning, având caracteristici polare adecvate. Structura complexă
internă a nanofibrelor se formează prin separarea fazelor spontane în timpul procesului de
electro filare.

3) Procesul de electrofilare
Electrofilarea poate fi reglată pentru a produce nanofibre cu diferite caracteristici. Principali i
parametr i controlați ai instalației de electrofil are sunt:
o tensiunea pe capilar și colector,
o amperajul,
o distanța dintre capilar și colector,
o viteza de rotație a colectorului .
Beneficii :
• Acuratețe asupra controlului
temperaturii și a umidității
• Output reproductibil în orice
circumstanțe
• Design modular și foarte flexibil
• Permite atât procesul de
electrospinning, cât și procesul de
electrospraying
• Abilitatea de automatizare a
procesului
• Timp de configurație minim și ușor
de utilizat
• Sistem automat
EC-CLI.3

6
Electro spinningul oferă un mecanism simplu electro -hidrodinamic pentru a produce fibre
cu diametre mai mici de 100 nm, chiar până la 5 nm . Sub influența unui câmp electric, o picătură
suspendată a soluției de polimer este deformată într -o formă conică. Cu alte cuvinte, procesul de
electro filare poate considera abilitatea de a fabrica nanofibrele printr -un jet cu încărcătură electrică
de soluție de polimer sau topitură de polimer. La început pentru procesul de e lectrospinning s-a
utilizat electrozi auxiliari pentru a direcționa jetul de elect rofilare pe colectoarele rotative. Mai
târziu, unii cercetători au folosit diferite dispozitive de colectare și au manipulat câmpuri electrice
[4].
Una dintre provocările majore în dezvoltarea tehnologiei electrospinning ca tehnologie de
fabricare este utili zarea solvenților organici. În mod tipic, fibrele sunt filate din soluții relativ
diluate conținând 95% solvent. Este clar că sisteme le care utilizează apă ca solvent au multe
avantaje în ceea ce privește siguranța, costul și durabilitatea [5].
Se descrie tehnologia de electrofilare pentru fabricarea nanofibrelor de filtrare. Metoda de
obținere a fibrelor polimerice nețesute utilizează câmpul electric de intensitate pentru desenarea
filamentelor subțiri din mediul lichid. Această metodă este relativ simplă și nu necesită temperaturi
ridicate pentru a menține polimerul în stare lichidă. Menținerea polimerului în fază lichidă este
susținută de utilizarea unor solvenți specia li (dicloretan, dioxan etc.) . Fibrele direcționate și
nedirecționate, cu fibre coaxiale tubulare, cu suprafață perfect netedă și poroasă, pot fi fabricate
prin teh nologia ele ctrofil ării.
Trebuie remarcat faptul că electro filarea ca proces de formare a nanofibrelor este o
tehnologie foarte flexibilă și că ar trebui folosite setările unice pentru fibre de diferite compoziții,
propr ietăți chimice și fizice [6].

4) Principiul de func ționare al aparatului
Electrospinningul este o tehnică c e a câștigat o atenție deosebită în ultimele decenii datorită
ușurinței producerii substraturilor la fibre polimerice de dimensiuni nanometrice, împreună cu
aplicațiile potențiale pe care aceste fibre le po ate oferi. Tehnica este relativ simplă, necesitând un
polimer și un solvent adecvat (care are o constantă dielectrică suficient de mare), o sursă d e
tensiune ridicată, un electrod țintă și o pompă de seringă pentru a asigura un flux constant de
material. Polimerul este dizolvat în solvent și apoi încărcat într -o seringă cu un ac atașat. Seringa
care conține soluția este apoi introdusă în pompa sering ii cu o sond ă de înaltă tensiune atașată la

7
ac. Pe măsură ce tensiunea este aplicată, picătura soluției de polimer la vârful acului se va deforma
deasupra unui prag într -o formă conică, adesea denumită un con Taylor, de unde un jet va fi
extrudat spre o ți ntă la un potențial mai scăzut. De obicei, se utilizează un electrod plat legat, care
va colecta materialul într -o pătură nețesută orientată în mod aleatoriu, în mod alternativ, dacă se
dorește o aliniere comună a fibrelor, se folosește un colector rotativ . La trecerea de la vârful acului
la colector, jetul de polimer va experimenta ce este denumită instabilitate de îndoire, care este ca
o abatere înainte și înapoi a jetului de polimer. Aceasta tinde să ducă la întinderea materialului în
timpul trecerii spr e colector, subțierea diametrului jetului în mod semnificativ, simultan, solventul
va fi forțat de pe jet și solidificarea va avea loc pe traseu. Fibrele produse cu ace astă tehnic ă
prezintă diametre de ordinul micro nilor până la zece nanometri, cu un grad de controlabilitate oferit
prin selectarea parametrilor cum ar fi greutatea moleculară a polimerului, concentrația soluției și
solventul utilizat, toate acestea influențând vâscozitatea soluției.
Alți parametri, cum ar fi tensiunea aplicată și vârful acului până la distanța colectorului,
vor avea de asemenea un impact, dar într -o măsură mai mică decât controlul parametrilor soluției.
Controlul parametrilor soluției este esențial în dezvoltarea de soluții cu o rețea de la nț suficien tă
pentru a dezvolta fibre continue. La concentrații scăzute, soluțiile tind să producă picături discrete,
concentrațiile crescând ale polimerului conducând la dezvoltarea fibrelor cu margele și, în final, a
fibrelor continue netede peste limita critică a retelei [5].

8
Figura 1: Instala ția universal ă pentru tehnica de electrofilare: 1 – placa de baz ă, 2 – rezervor cu
compresor , 3 – șine de ghidare , 4 – tub de alimentare cu faz ă lichid ă (sering ă), 5 – panoul de
control , 6 – sursa de tensiune , 7 – ac, 8 – colector, 9 – colector [ 4].

Placa de baz ă conține două șine de ghidare pe care seringa (diametru de 14 cm, volum de
5 ml) se poate deplasa liber (constă dintr -un tub 4, sursa de tensiune 6 și acul 7) și colectorul cu
capacitate de fixare . Colectorul (diametru 10 cm, lungime 30 cm, oțel inoxidabil și viteză
controlată) se mișcă cu ajutorul dispozitivului de acționare pas cu pas, asigurând o schimbare a
distanței de la capătul acului (20 mm lungime, oțel inoxidabil) la suprafața sedimentei cu o precizie
de 0,1 mm . Umplerea țevii de admisie cu soluție de pol imer în faza lichidă are loc în rezervorul
echipat cu c ompresor de aer. Placa de baz ă poate susține mai multe rezervoare pentru a furniza o
compoziție combinată a soluției de polimer.
Și viteza de alimentare a soluției din fiecare rezervor va asigura procentul necesar dintr -o
componentă în soluția globală. Putem ajusta viteza de alimentare a polimerului, distanța de la
capătul acului la substrat și intensitatea și frecvența câmpului electr ic cu ajutorul panoului de
control . În plus, există un set de ace cu orificii de diametru diferit și configurație diferită în setul
atașat la mașină. Acest set p ermite fabricarea fibrelor de diferite grosimi care modifică starea
structurală a fibrei.
Proce sul de formare al firelui la capăt ul acului ar putea fi descrisă prin găsirea soluțiilor
conic e la limitele încărcate (configurare de echilibru). Astfel configurarea de echilibru este numit ă
con Taylor din teoria structurilor staționare în formă de v ârf pe suprafața de lichide . Formarea de
fibre prin metoda e lectrofil ării este atins ă din cauza stratului de instabilitate de la capătul acului
așa cum se observă în figura 2 . Ca urmare, micile perturbații vor fi ca o avalan șă pe suprafața plană
de lichid [6,7]. Realizarea unor nanofibre continue și uniforme de bază poate fi determinată prin
întinderea corectă a picăturii (Con e Taylor). Deformarea nucleului sau ruperea acestuia în picături
poate să apară datorită forței vâscoase cauzată de cochilie transformându -se în picături (datorită
slăbiciunii câmpurilor electrice) sau prin întinderea rapidă a acesteia, exercitând astfel o tensiune
puternică vâscoasă tangentă la miez.

9

Figura 2: Formarea conului Taylor [4].

În general, polimerul cu tensiune superficială superioară este pompat la capilarul exterior.
În multe cazuri, solvenții organici sunt utilizați pentru a dizolva polimerul, volatilizarea
acestora în timpul procesului de filare poate să previn ă riscurile asociate cu utilizarea unor astfel de
solvenți incluzând toxicitatea inflamabilității în plus, procesul este risipitor. Ca o consecință a
acestei utilizări la scară largă a unor astfel de solvenți în industrie poate fi neatractivă. Există
opțiun i alternative, cum ar fi electrospinarea prin topire, unde nu este necesar un solvent . Cel mai
bun și cel mai durabil aspect al traseului este utilizarea unui polimer solubil în apă în procesul de
electro filare [5].

5) Tipuri de electrofil ări
a. Electrofilare din solu ție
Electrospinningul este un proces simplu, versatil și puternic de fabricare a structurilor 3D
nano și microfibre. Procesul de electrospinare a fost descris pentru prima dată de Charles Vernon
Boys în 1897 și patentat de John Francis Cooley la în ceputul anilor 1900. Cu toate acestea, la
începutul anilor 1990, a câștigat multă aten ție. De atunci, mulți polimeri naturali și sintetici au fost
electrofila ți și au fost u tilizați în aplicații în domenii cum ar fi energia, sistemele de filtrare a
aerului , apa reziduală, producția de textile și membrane și cercetarea biomedicală.
În timpul electro filării, o soluție polimerică este pompată printr -un tub pe filajul de filare.
Un astfel de filaj poate fi de ex emplu o duză mică conectată la o sursă de tensiune ridicată. Datorită
câmpului electric aplicat, picătura de la capătul duzei este deformată prin întinderea uniaxală în
așa-numitul "conul Taylor". Când forța electrostatică depășește tensiunea superficială, soluția
formează un jet, care "zboară" de la duz ă la colectorul împământat. Acest jet încărcat urmează o

10
cale haotică și solventul se evaporă în timpul călătoriei, ceea ce duce la depunerea fibrelor solide
pe o placă de colector sau pe un tub rotativ. Deoarece forma colectorului reasambleaz ă direct
structura finală a schelei 3D, alegerea colectorului este legată de aplicația pe care o va avea schela
ulterior.
Această bază simpl ă necesară echipamentulu i, pe lângă flexibilitatea deosebită a procesului
datorită diver șilor parametri ajustabili, a dus la un număr mare de publicații și brevete. Au fost
realizate multe lucrări în domeniile cercetării biomedicale, cum ar fi aplicațiile pentru ingineria
țesuturilor, pielea, tendonul, aplicarea cardiovasculară și reparația nervilor, precum și
îmbunătăți rea dispozitivelor dentare. În ciuda numărului mare de publicații și brevete eliberate,
mai puțin de 10 produse electro filate medicale sunt disponibile pe piață.
b. Electrofilare din topitură
În 1887, Charles Vernon Boys au descris procesul într -o lucrare privind fabricarea nano –
fibrelor . Aceștia a u încercat "experimentul vechi, dar puțin cunoscut, de filare electrică" pentru a
obține o fibră de sticlă subțire prin electrofilare din topitur ă.
Electrofilarea din topitur ă este o variantă de electrospinning în care materialul este tras de
câmpul electric în stare topită. Solidificarea fibrei datorită răcirii se produce mai repede decât
uscarea fibrei datorită evaporării solventului, rezultând fibre în general mai groase în c omparație
cu electro filarea din soluție. Pentru o perioadă de timp, electro filarea prin topire a fost marcată
pentru a produce fibre cu diametru satisf ăcător în intervalul micrometric.
Comparativ cu electro filarea din soluție, această tehnică oferă avanta je în prelucrarea
polimerilor care sunt doar sau greu solubili în solvenți foarte toxici, cum ar fi polipropilena și
polietilen a. Mai mult, împiedică utilizarea solvenților dăunători și are limitările aferente, cum ar fi
îndepărtarea reziduurilor de solvenți și recuperarea solvenților. Pe de altă parte, temperatura
utilizată pentru topirea polimerilor limitează rotirea simultană a indicilor bioactivi. Datorită vitezei
de depunere lentă a fib relor și distanței scurte a colectorului de ac, este posibilă reglarea fină a
depunerii fibrelor și producerea schelelor modelate.
Această tehnică a câștigat un interes deosebit în domeniul ingineriei țesuturilor grație
capacității de a crea substraturi din micro – sau nano -fibre. În plus, aceste substraturi pot fi utilizate
fără probleme legate de reziduurile de solvenți potențial toxici [8].

11
c. Electrospraying
Electrospinningul este o metodă versatilă pentru generarea de fibre foarte subțiri din
polimeri, ceramică, metale, carbon și / sau materiale compozite. O tehnică oarecum similară
numită electrospray poate fi utilizată pentru a produce un jet micro / nanometric care se rupe pentru
a da naștere unui aerosol de picături încărcate. Electrospray are o capa citate dovedită de a genera
aerosoli monodisper și cu dimensiuni cuprinse între câțiva nanometri și c âțiva microni.
Electrospinningul, în schimb, generează tipic un jet într -un câmp de înaltă tensiune pentru a
produce fibre polimerice alungite. În comparați e cu electropulverizarea, care utilizează forțele
electro -hidrodinamice pentru a genera un număr de particule într -o fază de aerosol sau hidrozol,
electro filarea este o tehnică mai solicitantă care necesită utilizarea unei soluții cu vâscozitate
corespunză toare, tensiune de suprafață și conductivitate bune pentru a produce jeturi lich ide
continue [9].
d. Electrofilarea coaxial ă
Electro filarea coaxială este o tehnică în care micro – sau nano -fibrele generate constau dintr –
o teacă exterioară și un miez interior de compoziție diferită.
O ele ctrofilare coaxială permite ca două soluții diferite să fie injectate simultan (miez și
teacă /cochilie). Aceste două soluții sunt procesate printr -o duză coaxială, care are un orificiu la
interior și unul la exterior. Structur a capilară permite formarea fibrelor cu un material ce îl
înconjoară pe celălalt.
Acumularea duzei se va reflecta în fibre. În funcție de numărul de soluții conectate la aparat
și conformația acestuia, este posibil să se obțină forme de fibre mai complexe. Exemple sunt fibrele
tridiale electro filate sau fibrele cu compartimente diferite. Schimbarea raportului dintre debitele
miezului și al cochiliei, variația concentrației soluț iilor, precum și utilizarea parametrilor standard
de electrospinare, cum ar fi tensiunea, permite ajustarea grosimii miezului și a fibrei cojii.
O aplicație importantă a acestei tehnici este furnizarea de medicamente. Cu electro filarea
coaxială, medicament ele sau proteinele pot fi încărcate în miez, în timp ce teaca facilitează filarea
și protejează materialul bioactiv. Selectarea materialului pentru coajă și / sau a grosimii acestuia
permite ajustarea vitezei de eliberare, un parametru important pentru a m aximi za efectul
medicamentului. De exemplu, compozițiile de bază și teacă ale fibrele ar putea fi alese pentru
proprietățile de rezistență și de atașare celulară. Abordarea a fost demonstrată prin nanofibrele
electro filate cu un termoplastic cu miez poliuretanic și o manta de colagen. Fibrele cum ar fi

12
acestea oferă o rezistență mecanică dorită ca rezultat al miezului poliuretanic și facilitează
creșterea , atașarea și înmul țirea celulelor datorită prezenței mantalei de colagen.
O altă aplicație a electro filării coaxiale este producția de fibre armate. De exemplu,
poliuretanul poate fi folosit ca material de bază pentru a crește proprietățile mecanice ale ochiului
de plasă și colagenul poate fi aplicat în jurul acestuia pentru a îmbunătăți biocompa tibilitatea și
bioactivitatea substratului fibros .
Mai mult, electrospinningul coaxial facilitează producerea fibrelor goale. Alegerea unui
material de bază temporar, cum ar fi uleiul sau un material solubil, care este îndepărtat într -o a
doua etapă, gener ează ochiuri de fibre goale. Aceste fibre tubulare pot fi, de exemplu, folosite ca
material de validare în imagistic ă prin rezonanță magnetică prin difuzie pentru analiza creierului.
e. Electrofilarea din emulsie
În cazul electrofil ării din emulsie, nanofibrele generate constau dintr -o teac ă exterioar ă și
un miez interior de compozi ție diferit ă. Emulsiile pot fi folosite pentru a crea substraturi bioactive.
Stropirea electrozilor permite ca două soluții nemiscibile (o fază apoasă și un solvent nemisci bil
cu polimer ul) să fie răsucite într -o singură schelă. Prin amestecarea acestor două soluții
nemiscibile, se creează o organizare a picăturilor emulsionate într -o soluție pe bază de apă.
Agenții tensioactivi (adică triton, compuși amfifili și nanoparticu le) sunt utilizați pentru a
stabiliza interfața dintre cele două soluții și a proteja biomoleculele din solvent. Existența unei faze
apoase și neapoase permite introducerea de biomolecule solubile fără a altera structura și
degradarea fibrelor. Proprietăți le de eliberare ale biomoleculelor pot fi controlate, de exemplu, prin
viteza de degradare și concentrația polimerului.
Tehnica își găsește aplicarea principală în domeniul furnizării de medicamente, în scopul
de a include, proteja și/sau controla vitezele de eliberare pentru un anumit sistem de administrare
a medicamentului [10].
f. Electrofilarea umed ă
În electro filarea umedă, fibrele sunt colectate într -un colector de băi lichide în loc de o țintă
solidă ca în cazul electro filării standard. Alegerea lichidului este importantă, deoarece dacă
tensiunea superficială este prea mare, fibrele polimerice vor pluti pe suprafață în loc să se scufunde .
Dispozitivul electro filării umede a fost introdus pentru prima dată ca metodă pentru
producerea directă a structurilor fibroase pufoase, asemănătoare bureților, fără utilizarea unor
dispozitive sofisticate sau a unor compuși suplimentari. Porozitatea mai mare a acestor schele

13
crește infil trarea celulelor, ceea ce face ca aceste schele de vată de bumbac să fie potrivite pentru
aplicațiile de inginerie tisulară.
Cu această tehnică se poate fabrica un schelet 3D electro filat care conține deja celulele.
Spinarea directă în mediul de cultură ce lulară permite însămânțarea imediată a celulelor în timpul
formării continue a schelei.
Electro filarea într-un lichid poate fi util ă atunci când este dificil să se colecteze fibre uscate,
de ex emplu în timp ce se utilizează solvenți cu un punct de fierbere ridicat, colectarea într -un non –
solvent va precipita fibra, în timp ce solventul va fi extras.
Această tehnică este mai larg utilizată în electrospray pentru a colecta picăturile și în
electrospinning pentru a produce fire. Un vârtej este prezent în inter iorul băii de colectare pentru
a interconecta fibrele într -un fir în timp ce se formează electrospinarea. Acest fir este apoi tras de
pe vârtej și înfășurat pe o bobină. În plus față de aplicațiile propuse, cum ar fi firele de sutură,
aceste fire pot fi, d e asemenea, folosite pentru a lega schele.
Procesul de electro filare este guvernat de un număr de variabile care pot fi împărțite în
proprietăți ale soluției și parametri de proces. Vâscozitatea, concentrația polimerului,
conductivitatea, tensiunea superfi cială, greutatea moleculară și constanta dielectrică se numără
printre proprietățile soluției. Distanța dintre vârful acului și colector, tensiunea aplicată, debitul,
geometria colectorului și viteza de rotație sunt parametrii generali ai procesului [11].

6) Parametrii electrofil ări

Parametrii compoziționali Parametrii de proces Condiții de mediu
Concentrație Potențial electrostatic Temperatură
Vâscozitatea Puterea câmpului electric Umiditate
Tensiunea de suprafață Forma câmpului electrostatic Debit atmosferic
Conductivitate Distanța ac -colector Compoziția atmosferică
Constanta dielectrică Debit Presiune
Volatilitatea solventului Diametrul acului și al seringii

– Concentrația
Concentrația soluției trebuie să fie mai mare decât punctul critic. O concentra ție sub punctul
critic poate conduce la formarea de impurități. În cazul în care concentrația soluției crește, aceste
impurități încep să dispară, ob ținându-se fibre continue.

14
– Vâscozitatea
O soluție cu vâscozitate redusă poate duce la formarea de fibre discontinue, iar creșterea
acesteia va ajuta la morfologia fibrelor, până când acestea devin fine și se obțin fibre continue.
Dacă se mai produce o altă creștere în vâscozitate, aceasta va duce la extrud area grea a soluției din
vârful acului.
– Tensiun ea de suprafață
O tensiune de suprafață mărită duce la instabilitatea jet -urilor și formarea de picături, ca fiind
obținute prin electrospraying și nu electrospinning. Așadar, pentru a putea obține fibre fără
impurități, este necesar să se reducă tensiunea de suprafață a soluției.
– Conductivitatea
Odată cu creșterea conductivității electrice, diametrul nanofibrelor scade, în timp ce o
diminuare a conductivității electrice duce la formarea de impurități, deoarece forțele electrice vor
fi îndeajuns de insufici ente, încât va cauza elongația jet -ului, ce are ca scop final formarea de fibre
uniforme.
– Distanța ac -colector
Distanța dintre vârful acului și colector afectează morfologia fibrelor. Lungimile foarte mari
sau foarte mici între acestea vor avea ca efect f ormarea de impurități.
– Debit
Este de preferat ca debitul să fie scăzut, pentru ca soluția să aibă destul timp încât să polarizeze.
Un debit mai mare duce la formarea de impurități mai mari, datorită forțelor elastice mici și
timpului insuficient de uscare, înainte ca polimerul extrudat să ajungă la colector.
– Voltaj
Extruderea de jeturi încărcate poate avea loc doar atunci când tensiunea aplicată este mai mare
decât tensiunea de prag. Cu toate acestea, influența tensiunii asupra mărimii diametrului
nanofibrelor, este o problemă de dezbătut. Un studiu a arătat că ace st câmp electric nu a fectează
cu nimic diametrul oxidului de polietilenă, în timp ce alt articol a demonstrat faptul că diametrul
alcoolului polivinilic electrofilat sau a apei formate sub acțiunea unei tensiuni mai ridicate, a dat
naștere unei fibre cu diametru mai mare.
– Parametrii de mediu (temperatură, umiditate)
Parametrii de mediu, cum ar fi umiditatea sau temperatura, pot afecta atât morfologia, cât și
grosimea fibrelor. Un studiu a d emonstrat faptul că funcționarea într -un mediu cu temperatură
ridicată, poate duce la fibre cu diametre mai subțiri, care erau într -o strânsă legătură cu viscozitatea
scăzută a soluției la temperaturi ridicate. De asemenea, creșterea umidității a avut ca r ezultat
apariția unor pori pe suprafața fibrelor.

15
• Influența parametrilor asupra calității fibrelor
Influența vitezei de alimentare a soluției interne
În anumite condi ții: tensiunea de centrifugare (15 kv) și distanța de recepție (20 cm), s -au
obținut fibre cu diametre interioare diferite prin reglarea vitezei de alimentare a soluției interne.
Pentru fibrele simple goale, viteza de alimentare a fost de 0.02 ml/h, 0.04 ml/h, 0.06 ml/h și 0.08
ml/h. Fotografiile SEM ale fibrelor au fost prezentate în mod clar în figura 3.

Figura 3: Fotografiile SEM ale fibrelor goale simple cu viteza de alimentare a soluției
interne de (a) 0.02 ml/h, (b) 0.04 ml/h, (c) 0.06 ml/h, (d) 0.08 ml/h [11]

Din figura 3 se poate observa că diametrele interioare au crescut împreună cu viteza de
alimentare a soluției interne. Atunci când viteza de alimentare a soluției interne a fost mai mică de
0.04 ml/h, raportul de producție al construcției goale a fost prea mic pentru a fi folosit în practică.
Creșterea vitezei de alimentare a sol uției interne la 0.08 ml/h, raportul construcției goale a fost mai
bun.
În ceea ce privește fibrele duble goale, variația construcției goale a arătat tendința similară
cu fibrele simple goale din figurile 3 și 4.

16

Figura 4: Fotografiile SEM ale fibrelor goale duble cu viteza de alimentare a soluției
interne de (a) 0.02 ml/h, (b) 0.06 ml/h [11]

Atunci când vitezele de alimentare ale soluției interne au fost prea mici, fibrele secțiunii
ideale nu ar putea fi realizate. Creșterea vitezei la 0.06 ml/h (după cum se observ ă în figura 4 (b)),
forma secțiunii fibrelor și raportul de producție al constru cției goale au fost considerate mai bune.
Continuând să se mărească viteza de alimentare, fibrele duble s -ar îmbina. Ca urmare, viteza de
alimentare nu trebuie să fie prea rapidă atunci când se fabrică fibrele duble sau triple goale.
Influența tensiunii
S-a studiat influen ța tensiunii de filare de la 10kv la 20kv pentru a se fabrica fibre goale
atunci când viteza adecvată de alimentare a soluției interne a fost de 0.08ml/h și distanța de primire
a fost de 20cm. Fotografiile SEM ale texturii suprafeței fibre lor se p ot observa în figura 5.

Figura 5: Fotografiile SEM a fibrelor goale la tensiuni diferite: (a) 10kv,
(b) 12kv, (c) 15kv, (d) 20kv [11]

17
Atunci când tensiunea era mică, fibrele erau discontinue. O tensiune c ât mai mare este o
metod ă foarte bun ă de a reduce diametrele fibrelor (cu cât tensiunea este mai mare, cu atât sunt
mai mici diametrele fibrelor), dar o tensiune mare trebuie să fie controlată într -un anumit interval.
Cu cât tensiunea a început s ă crească, continuitatea fibrelor s -a înrăutăți t și distribuția diametrului
a devenit mai mare. S -a constatat că starea optimă a tensiunii ar fi de 15 kv [11].

7) Aparatul de electrofilare
i. Panoul de utilizare
Panoul de utilizare al electrospinner -ului cu atmosferă controlată model EC-CLI poate fi
observat în imaginile de mai jos:
-Setarea condițiilor de mediu

-Setarea debitului

18
-Setarea vitezei de rotație a tamburului

-Setarea voltajului

19
ii. Tipuri de colectori

Colector circular Ø2x 150mm
– Mecanism de montare/demontare rapidă a tamburului, viteza de rotație de p ână la 5000 rpm

Colector circular Ø10×200 mm
– Mecanism de montare/demontare rapid ă a colectorului pe tambur
– Viteza de rota ție de p ână la 5000 rpm

Colector circular Ø20×200 mm
– Mecanism de montare/demontare rapi dă a colectorului pe tambur
– Viteza de rota ție de p ână la 5000 rpm

Tambur colector ( Ø90 x 180 mm)
– Mecanism de montare/demontare rapid ă a tamburului
– Viteza de rota ție de p ână la 2500 rpm

Tambur colector de temperatur ă joasă
– Tambur colector rotativ Ø90×180 mm
– Mecanism de montare/demontare rapid ă a tamburului
– Adecvat pentru viteze de rota ție de p ână la 500 rpm
– Capac u șor demontabil pentru umplerea tamburului cu ghea ță carbonic ă

Tambur colector cu spițe paralele ( Ø90×180 mm)
– Meca nism de montare/demontare rapid ă a tamburului, viteza de rota ție de p ână la 2500 rpm
– Spițe Ø 2 mm demontabile pentru reglarea distanței dintre spițe

Stand duze multifunctional pentru duze cu un singur ac
– Accesoriul ideal pentru optimizarea materialelor și parametrilor

20
– Flexibil și ușor de utilizat
– Amplasarea at ât în pozi ție vertical ă cât și orizontal ă
– Cursa de 200 mm
– Viteza liniar ă variabil ă 0- 350 mm/s

Legendă:

Rotating Target Collector 12 Low Temperature Electrospinning 13

Multifunctional nozzle stand 14 Parallel Spoked Drum 15

8) Câteva caracteristici ale fibrelor

– polimerul, greutatea moleculară, indicele de topir e și punctul de topire pot afecta în mod
semnificativ capacitatea de rotire și caracteristicile rezultate ale fibrelor ;
– introducerea unui aditiv mărește conductivitatea electrică a fibrelor, îmbunătățind astfel
capacitatea lor de electrofilare ;
– se recomand ă să se aleag ă un solvent cu o rată scăzută de evaporare pentru a pregăti
suspensia pentru procesul de electro filare ;
– morfologia suprafeței fibrelor este fie netedă, dură, fie o combinație a acestor texturi ;

21
– fibrele care au secțiuni transversale poroase au crescut suprafața specifică, ceea ce
sporește capacitatea fibrelor de a bsorb ție;
– fibrele cu diametre mici și porozitate ridicată au o capacitate mare de absorb ție datorită
numărului semnificativ de goluri interconectate . Fibrele c are au diametre mai mari au spații mai
mari între fibre și au capacități relativ scăzute pentru absorbție;
– diferențele de tensiune la suprafață între apă și ulei pot determina o suprafață cu caracter
superhidrofobic să devină oleofilă sau superoleofilă. Apa și uleiul au fost găsite a avea o tensiune
superficială de 72,8mN și mai puțin de 30mNm -1. Prin urmare, caracteristica oricărei suprafețe
solide care posedă tensiuni de suprafață între ulei și apă poate prezenta caracteristici de hidrofobie
și oleofil icitate. Pe de altă parte, suprafața cu caracter superoleophilicitate există datorită
rugozității mari a suprafeței și având energii de suprafață similare cu cele ale uleiului ;
– cauza principală pentru comportamentele superhidrofobicității și superoleofil ității unei
fibre este legată de proprietățile naturale ale materiei prime care este folosit ă și de o rugozitate
ridicată a suprafeței unui film fibros . În plus, superhidrofobicitatea și superoleofilicitatea scad dacă
există o reducere în absența structurii poroase a nanofibrelor ;
– fibrele cu o densitate scăzută au de obicei o flotabilitate mai mare în apă. Densitatea
redusă este atribuită de un diametru mic și o porozitate ridicată ;
– un alt factor care afectează este unghiul de contact al apei. Influențează proprietatea de
umectare a suprafeței și reprezintă capacitatea unei suprafețe de a concura împotriva acțiunii unei
picături ;
– diametrul diferit și morfologia poroasă au influențe minore asupra fibrelor. De exemplu,
creșterea diametrului fibr ei unei folii fibroase neporoase conduce la o ușoară creștere a ambelor
unghiuri de contact ale apei și uleiului, spre deosebire de creșterea diametrului fibrei unui film
fibros poros, rezultând ca apa și uleiul având unghiurile de contact mici ;
– greutatea moleculară a polimerului din soluție influențează v âscozitatea soluției de filare.
În soluția cu vâscozitate scăzută, structura lanțurilor moleculare polimerice în soluție este redus ă,
ceea ce face ca solventul să se evapore și să se difuzeze într -un timp. Procesul de el ectrofilare
creează o separare rapidă a fazelor pe suprafețele jeturilor. Cu toate acestea, prin creșterea
vâscozității unei soluții, conductivitatea soluției scade. Aceasta a dus la instabilitatea și efectele de
întindere ale jetul ui de lichid datorită forțelor electrice slăbite în timpul electro filării. Acest lucru
favorizează astfel formarea de fibre uniforme cu diametre mari ;

22
– este important ca o fibră să își mențină superhidrofobicitatea pe o gamă largă de valori
ale pH -ului. A cest lucru se datorează faptului că poate conduce la o stabilitate și o utilizare
excelentă pe o perioadă lungă de timp ;
– o creștere a tensiunii aplicate dincolo de valoarea critică va avea ca rezultat formarea de
margele sau nanofibre cu margele ;
– creșterea diametrului și formarea granulelor sau nanofibrelor granulate cu o creștere a
tensiunii aplicate sunt atribuite scăderii dimensiunii conului Taylor și creșterii vitezei jetului pentru
același debit ;
– diametrul nanofibrelor crește cu o creștere a tensiunii aplicate ;
– creșterea debitului dincolo de o valoare critică nu numai că duce la creșterea dimensiunii
porilor și a diametrului fibrelor, dar și la formarea bilelor (datorită uscării incomplete a jetului de
nanofiber în timpul zborului dintre vâr ful acului și colectorul metalic) [16].

9) Materiale utilizate în teste
a. Piroxicam
Piroxicam (4-hidroxi -2-metil -N-pirido -2-il-2H-1,2benzotiazin -3carboxamidă -1,1- dioxid)
este primul reprezentant al clasei de medicamente antiinflamatorii ale grupului oxicam cu efecte
analgezice, antipiretice și antiinflamatorii.
Piroxicamul prezintă polimorfism și poate exista în mai multe conformații și forme
prototrofice. Pentru piroxicam în starea de bază sunt propuse diferite configurații, în concordanță
cu capacitatea de a forma legături intramoleculare de hidrogen între gruparea hidroxil enol și
oxigenul carbonil amidic. Datorită formării amfion ului se constată că forma neutră este starea sa
de bază. Este dificil să se izoleze acest comportament spectroscopic, astfel încât formele neutre și
amfioni se numesc "neutru la nivel global". Transferul de protoni intramolecular excitat al
piroxicamului este f oarte sensibil la polaritatea solventului. Echilibrul acido -bazic conduce la
existența diferitelor forme prototrofice ale piroxicamului, investigate în timpul complexării cu
ciclodextrine .
În ciuda potențialului farmacologic și terapeutic amplu, piroxicam ul este hidrofob și
prezint ă solubilitate redusă în medii apoase, ceea ce limitează aplicarea acestuia. Testele au arătat
o eliberare sporită a piroxicamului din granule cu β -ciclodextrină. Complexele de incluziune ale
piroxicamului și β -ciclodextrinei pot fi obținute prin diverse metode, cum ar fi amestecarea fizică,

23
coprecipitarea, evaporarea și încălzirea sub reflux. Incluziunea complexului de piroxicam cu 2 –
hidroxipropil -β-ciclodextrină are o solubilitate semnificativ îmbunătățită.
Piroxicamul poate pro voca sensibilitate pielii la lumina soarelui și, prin urmare, este supus
testelor fotochimice. Investigațiile fotostabilității medicamentelor și a formulărilor medicinale sunt
foarte importante. Folosirea fotodepozitului medicamentos poate duce la pierdere a eficienței și la
dezvoltarea efectelor secundare produse datorită formării produselor de fotodegradare în timpul
depozitării sau utilizării. Fotostabilitatea depinde de lungimea de undă a luminii, de intensitatea și
de timpul de expunere. Testele clinice au arătat că iradierea piroxicamului produce ampiroxicam
ca produs de fotodegradare, care nu poate fi creat prin biotransformarea piroxicamului. S -a
investigat structura produselor de fotodegradare rezultate și fotostabilitatea piroxicamului și a altor
medicamente.
Ciclodextrinele și derivații lor sunt purtători de medicament e specific e, datorită capacității
lor de a modifica proprietățile fizice, chimice și biologice ale moleculelor incluse în cavitățile lor.
Ele au o structură tridimensională cu grupări OH în exterior și în interior sunt atomi de hidrogen.
Într-o soluție apoasă, moleculele alipatice și polimerice nepolare de dimensiuni adecvate pot intra
în cavitățile hidrofobe ale ciclodextrinelor. Ca agenți de complexare sunt capabili să crească
solubil itatea, fotostabilitatea, volatilitatea și biodisponibilitatea diferitelor medicamente. Din
cauza unei solubilități mai bune la temperatura camerei decât β -ciclodextrină, în acest studiu s -a
ales 2 -hidroxipropil -β-ciclodextrină [17].

b. (2-Hidroxipropil) -β-ciclodextrină
Ciclodextrinele sunt oligozaharide ciclice formate din 6, 7 sau 8 unități de glucopiranoză cu
unități hidrofobe, denumite în mod uzual α -, β- sau λ -ciclodextrine. Medicamentele lipofile ce au
o mărime compatibilă cu miezul hidrofob al unei c iclodextrine pot forma complexe, ducând la o
solubilitate apoasă crescută a medicamentelor. Creșterea solubilității obținută poate fi dramatică.
Eficacitatea în vivo este de obicei menținută atunci când medicamentele sunt administrate sub
formă de complexe de ciclodextrină. În plus, ciclodextrinele sunt netoxice la multe specii (șoareci
și iepuri) și nu denaturează proteinele sau nu interferează cu reacțiile enzimatice.
Moleculele hidrofobe sunt încorporate în cavitatea ciclodextrinelor prin deplasarea apei .
Această reacție este favorizată de respingerea moleculei de apă. Acest lucru încapsulează în mod
eficient molecula de interes în ciclodextrină, făcând molecula solubilă în apă. Când complexul

24
solubil în apă este diluat într -un volum mult mai mare de solv ent apos, procesul este inversat,
eliberând astfel moleculele de interes în soluție.
Diametrul cavității (7,5 Å) compușilor de unități β -ciclodextrine sau 7 -glucopiranoză este
potrivit pentru utilizarea cu molecule de dimensiunea hormonilor, a vitaminelor și a multor
compuși frecvent utilizați în aplicațiile pentru țesuturi și culturi celulare. Din acest motiv, beta –
ciclodextrina este cel mai frecvent utilizată ca agent de complexare.
Solubilitatea ciclodextrinelor naturale este foarte slabă. La sfârșitul a nilor 1960, s -a
descoperit că substituțiile chimice la starturile 2, 3 și 6 ale hidroxilului ar crește foarte mult
solubilitatea. Gradul de substituție chimică, precum și natura grupelor utilizate pentru substituție,
determină concentrația maximă finală de ciclodextrină într -un mediu apos. Cele mai multe
ciclodextrine modificate chimic sunt capabile să atingă o concentrație de 50% (greutate / volum)
în apă.
Solubilitatea medicamentelor crește liniar cu concentrația de 2 -hidroxipropil -p-
ciclodextrină în tampon apos. Formarea complecșilor de medicament/ ciclodextrină este o reacție
rapid reversibilă și complex ă, ce există atât în stare de soluție, cât și în stare cristalină.
Soluțiile multor astfel de complexe pot fi liofilizate pentru a produce pulberi sol ubile care
pot fi comprimate în tablete. Efectele biologice sunt doar puțin afectate de complexarea cu
ciclodextrină. Celulele din mediu suplimentat e cu ser pot fi crescute în concentrații de până la 1 –
2% din 2 -hidroxipropil -p-ciclodextrină; în mediu fără ser, sunt acceptabile concentrații de 0,5 -1%.
A fost 2 -hidroxipropil -p-ciclodextrină s-a dovedit a fi netoxică la șoareci și iepuri. Utilizarea
ciclodextrinelor în testele de legare la receptor nu este recomandată [18].

c. Gelatina de pe ște
Gelatina este un amestec eterogen de proteine solubile în apă de mase moleculare medii
ridicate, prezente în colagen. Proteinele sunt extrase din pi ele fierbinte, tendoane, ligamente, oase
etc. în apă. Tipul de gelatină tip A este derivat din țesuturile tratate cu acid, ia r gelatina de tip B
este derivată din țesutul întărit cu var.
Aplicațiile care utilizează gelatină includ plăcile de acoperire a celulelor de acoperire
pentru a îmbunătăți atașarea celulelor pentru o varietate de tipuri de celule. În bacteriologie,
gelatin a poate fi utilizată ca o componentă a mediilor de cultură pentru diferențierea speciilor. În

25
plus, ca polimer biocompatibil, gelatina a fost utilizată ca vehicul de eliberare a moleculelor
bioactive și în generarea de schele pentru aplicațiile de ingineri e tisulară.
Aplicațiile industriale includ utilizarea gelatinei ca stabilizator, agent de îngroșare și
textur ă în alimente și în fabricarea înlocuitorilor de cauciuc, a adezivilor, a cimenturilor, a
cernelurilor litografice și de imprimare, a compușilor di n plastic, a mătăsii artificiale, a plăcilor și
filmelor fotografice, pentru lămpile cu mercur. În industria farmaceutică, gelatina este utilizată ca
agent de suspendare, agent de încapsulare și liant pentru tablete; și în aplicații veterinare este folosit
ca un expander cu plasmă și un burete hemostatic .
Deoarece gelatina este unul din polimerul natural important care are o caracteristică
similară cu colagenul, mulți cercetători au încercat să obțină cea mai bună condiție pentru
electro filarea soluției de gelatină. Gelatina este solubilă în anumiti solvenți toxici; de aceea
prepararea soluției de gelatină se face cu solvenți pe bază de apă.
Dintre polimerii naturali, gelatina este foarte bună pentru adeziunea și proliferarea
celulelor, dar dat orită formării unui sol coloidal în jurul s ău peste 37 ° C pentru soluția de gelatină
acvatică, procesul de electro filare nu este ușor posibil [19].

10) Aplica ții ale micro – și nano – fibrelor

Importanța nanofibrel or electrofilate în domeniul biomedical este reflectată de numărul
mare de lucrări științifice publicate în mod regulat în ultimii ani, raportând utilizări interesante în
domeniul ingineriei biomedicale folosind polimeri biocompatibili și biodegradabili (naturali sau
sintetici). Structurile de nanofi bre electrofilate pot fi adaptate în funcție de scopul utilizării lor. De
exemplu, fibra de colagen a fost cunoscută pentru a spori interacțiunea între celule și substraturi .
În mod similar, substraturi le de nanofibre electro filate sunt, de asemenea, utilizate ca un purtător
de livrare a medicamentelor către locurile lor țintă . În afară de aplicarea biomedicală, n anofibrele
au găsit de asemenea o aplicație în protecția mediului (aer și apă) ca membrană de afinitate .
Nanofibrele elec trofilate ar putea fi de asemenea utilizat e sau producătoare de nano -senzori
chimici și biologici cu suprafață mare. S-a demonstrat ca senzorii care utilizează nanofibre
electro filate pot prezenta abilități sporite de detectare a diferitelor substanțe chim ice, cum ar fi un
compus nitro (2,4 -dinitrotoluen DNT), mercur și ioni ferici, comparativ cu un film subțire
convențional. Pe lângă senzorii chimici și biologici, senzorii optici polimerici foarte sensibili au

26
fost de asemenea fabricați din nanofibre. În plus, schemele de nanofibre electro filate ultrafine au
fost de asemenea utilizate pentru prepararea nanotuburilor, care au o importanță primordială în
diferite industrii . Nanotuburile sunt preparate prin acoperirea nanofibrelor electro filate cu materia
prim ă a nanotuburilor urmată de evaporarea solventului sau de degradarea termică a polimerilor.
Tehnica de depunere fizică și chimică a vaporilor a fost de asemenea adoptată utilizând poli (L –
lactida) (PLA) și poli (tetrametilenadipamida) (PA) ca șabloane .
Nanomaterialele sub formă de tuburi, fire, tije, sfere și fibre au fost asamblate în
macrostructuri cu modele diferite pentru o varietate de aplicații de înaltă tehnologie. Tehnologia
electrofil [rii a fost utilizată pentru fabricarea și asamblarea nanofibr elor în membrane, care au
extins gama de aplicații potențiale în domeniul protecției mediului înconjurător biomedical:
nanosenzor, câmpuri electronice / optice și de îmbrăcăminte de protecție. În domeniul biomedical,
este acum un fapt stabilit că aproape t oate țesuturile și organele, cum ar fi pielea, colagenul,
dentina, cartilajul și osul, într -un fel sau altul, au un fel de asemănare la structuri fibroase foarte
organizate si ierarhice.
Prin urmare, cercetarea aplicațiilor biomedicale s -a concentrat pe :
(i) generarea de substraturi fibroase pentru ingineria tisulară,
(ii) pansament e pentru răni,
(iii) mecanisme de administrare a medicamentelor ,
(iv) imobilizarea enzimelor pentru a obține timpi mai scurti de reacție în reacțiile biologice .
În literatura de specialitate există multe articole care evidențiază importanța aplicațiilor
biomedicale ale electro filării. Datorită proprietăților lor unice, cum ar fi morfologia (dimensiunile)
lor, raportul dintre suprafața mare și volumul și porozitatea fibroasă in ter / intra, nanofibrele
electro filate sunt considerate materiale promițătoare pentru schele. Ei au demonstrat capacitatea
de a iniția / evoca (stimula) răspunsurile biologice speciale în celule atunci când celulele sunt
cultivate pe ele. Mai mult, schemel e nanofibre lor au demonstrat o adeziune crescută a celulelor,
stimularea creșterii celulelor, adsorbția proteinelor și asistarea în diferențierea celulară .
Pe lângă aplicațiile biomedicale, nanofibrele au fost studiate pe scară largă ca un potențial
mater ial filtrant în domeniul protecției mediului. Pe baza designului și construcției membranei și
a dimensiunii contaminanților, filtrele au două tipuri principale: nanofiltre și microfiltre. Pentru a
îndepărta ușor un contaminant vizat, membrana filtrului tre buie să aibă pori sau canale de trecere.
Aceste canale permit lichidului și particulelor cu dimensiunea corespunzătoare să treacă, în timp

27
ce opresc particulele sau contaminanții cu o dimensiune mai mare a particulelor. De exemplu, unul
dintre cele mai fre cvent utilizate filtre în viața de zi cu zi este un filtru de cafea din hârtie, care are
capacitatea de a împiedica mișcarea particulelor mari și nedizolvate prin pori, permițând în același
timp să treacă particule dizolvate cu diametre mai mici . În plus f ață de membranele fibroase
normale de filtrare, cercetătorii au dezvoltat un nou tip de membrană fibroasă cunoscută sub
numele de membrană de afinitate. Aceste membrane au portiuni selective care ajută la imobilizarea
selectivă a țintelor și la îndepărtarea contaminantului țintă.
O serie de metode au fost raportate în literatura de specialitate pentru fabricarea schemelor
de inginerie tisulară. Cu toate acestea, în ultimul deceniu, sistemele de nanofibre au fost vizate
pentru pregătirea schelelor pentru ingineria tisulară . Pentru regenerarea țesuturilor, schemele
nanofibrelor fibroase, biocompatibile și biodegradabile sunt în general preferate față de schemele
convenționale datorit ă naturii lor unice și capacității de a furniza celulele / țesuturile țintă cu un
mediu nativ prin mimarea matricei extracelulare.
Prin urmare, pansamentele pentru r ăni preparate folosind tehnică de electrofilare asigură
numeroase avantaje față de agenții de îmbrăcare a rănilor preparați folosind metode convenționale.
Proprietățile unice ale schelelor nanofibrelor electrofilate , cum ar fi porii lor inter – și intra -fibră și
suprafața mare, stimulează răspunsul celulelor fibroblastice prin activarea rapidă a căilor de
semnalizare celulare. Mai mult, o tehnică de el ectrofilare poate fi folosită datorită utilizării sale
potențiale în fabricarea măștilor cosmetice, care sunt utilizate pentru curățarea pielii și vindecarea
pielii. Mai mult decât atât, diferiți fac tori care sunt esențiali pentru hrănirea / tratarea pielii poate
fi încorporat i în matricea nanofibrelor electr ofilate , care poate ajuta la tratarea pielii. Mai mult,
aceste schele atrag celulele spre stratul dermic, care are capacitatea de a elimina mater ialele
extracelulare vitale care ajuta la repararea tesuturilor deteriorate, inclusiv colagenul si factorii de
crestere . Nanofibrele nețesute sunt foarte potrivite ca agenți de îmbrăcare. Prin urmare, tehnica de
elect rofilare a fost utilizată pentru a preg ăti diferite s tructuri de nanofibre din materii prime cum
ar fi colagenul , PEO, polimeri hidrofili cum ar fi PVA, gelatină, chitosan, chitină, poliuretan și
poliesteri ce au jucat roluri rotative ca agenți de îmbrăcare a rănilor.
În afară de diversele apli cații potențiale ale nanofibrelor electro filate din zona biomedicală,
au descoperit și aplicații în filtrare, desalinizare, îmbrăcăminte de protecție și în senzori. Numeroși
polimeri au fost utilizați în aplicațiile menționate mai sus ale schelelor de nano fibre electrofilate .
De exemplu, acetatul de celuloză (CA) și PVA au fost utilizate în îndepărtarea ionilor de crom

28
toxici. PVDF și nanofibrele de carbon pe bază de PAN au aplicații în desalinizare etc. Polimerii
cu efect piezoelectric, cum ar fi PVDF, pot fi utilizați pentru prepararea dispozitivelor
piezoelectrice nanofibre [20, 21 ].

Tabel 1. Diverse aplicații potenț iale ale nanofibrelor electrofilate [21].
Polimer/
amestecuri de
polimeri Solventul utilizat Diametrul
fibrelor Aplica ții
PA6 AA:FA (2:1) 0.2 mm Eliberarea controlat ă de medicamente
PVA AA 0.2 mm
Eliberarea controlat ă de medicamente,
pansamente pentru r ăni
PCL AA:FA (2:1)/DMF 0.2 mm Biomedicale, ingineria țesuturilor
CH DAA 0.16 -8.77 nm Biomedicale, ingineria țesuturilor
vasculare, pansamente pentru r ăni
CA AA 0.2 mm Tratarea apei
PSU DMAC 0.2 mm Filtrarea apelor uzate și a aerului
PVDF DMAC 0.2 mm Filtrarea apelor uzate
PAN DMAC 0.2 mm Filtrarea apelor uzate și a aerului
PU DMF 0.2 mm Filtrarea apelor uzate, pansamente
pentru r ăni
CA:PA6 (1:1) AA:FA 0.2 mm Filtrarea apei
PA6:CH (1:1) AA:FA:DAA 0.2 mm Microfiltrare, imobilizarea enzimelor sau
osteoblastelor umane
PCL:PVB (1:1) AA:FA 0.2 mm Imobilizarea enzimelor
CH:PVB (1:1) AA:DAA 0.2 mm Pansamente pentru r ăni
PCL:PEG (1:1) AA/DMF 200-350 nm Eliberare de medicamente
PEG:PLA (1:1) DCM/DMF 1-10µm
400-600 nm Eliberare de medicamente, imobilizarea
enzimelor

Abrevieri: PA6 – Poliamida 6; PVA – Alcool polivinilic, PCL – policaprolactona; CH – Chitosan;
CA – Acetat de celuloza; PSU – Polisulfona; PVDF – Fluorura de viniliden; PAN – Poliacrilonitril;
PU – Poliuretan; PVB – Polivinil butiral; PEG – Polietilen glicol; PLA – Poli(L -lactida) ,
AA – Acid acetic; FA – Acid formic; DMF – Dimetilformamida, DAA – Acid acetic diluat,
DMAC – Dimetilacetamida.

29
II. CERCETARE EXPERIMENTALĂ

Materiale utilizate
Pentru studiul experimental s -au folosit urm ătoarele materiale: gelatina extras ă din piele de
pește de ap ă rece (FG) cu masa molar ă de aproximativ 60 kDa, furnizor Sigma -Aldrich, Flamexin
pulbere pentru solu ție oral ă cu o compozi ție de 20 mg piroxicam/plic sub form ă de piroxicam -β-
ciclodextrin ă (191,2 mg) și excipien ți, produs de CHIESI FARMACEUTICI SPA, aldehid ă
glutaric ă (AG) solu ție apoas ă 50%, produc ător Sigma -Aldrich, etanol absolut (EtOH), produc ător
Chemical Compa ny, ap ă dublu distilat ă, produs ă în laborator cu un bidistilor tip GFL 2102. To ți
reactivi au fost utiliza ți ca atare, f ără o purificare anterioar ă.

1) OBȚINEREA STRUCTURILOR FIBROASE PRIN ELECTROFILARE

i. Optimizarea parametrilor de proces
Pentru fabricarea structurilor fibroase și optimizarea parametrilor de proces s -a pregatit o
soluție din FG 50 % w/v. S -a adăugat treptat FG în apă bidistilat ă până la atingerea concentra ției
vizate, sub agitare continua la o temperatur ă de maxim 40°C. Ace asta a fost l ăsată să se raceasc ă
la temperatura camerei, ulterior fiind încărcată într-o sering ă cu diametrul de 12,45 mm.
In prima parte a studiului, s -a urm ărit optimizarea parametrilor de electrofilare a solu ției apoase
de FG preg ătite, pornind de la studii anterioare [22].

Stabilirea tensiunii optime de electrofilare pentru soluția apoasă de FG 50%.
Stabilirea parametrilor de electrofilare a debutat cu optimizarea tensiunii și debitul de injectare.
S-a folosit o plaj ă largă de parametrii. În tabelul 2 sunt prezenta ți parametrii utiliza ți pentru a
obține membrane fibroase f ără defecte majore (pic ături, fibre discontinue, etc.)

Tabelul 2. Tensiune și debit de injectare pentru solu ția de FG 50%
Proba Tensiune (kV) Debit de injectare
(μL/min)
FG-A 18 5
FG-B 21 7
FG-C 24 10

30
Parametrii de fabricare constan ți:
• Volumul total de solu ție injectat: 300 μL ;
• Dimensiuni colector: diametru de 10 mm, lungime de 200 mm ;
• Viteza de rota ție a colectorului: 150 RPM ;
• Diametrul acului de injectare: 0,8 mm;
• Distan ța dintre v ârful acului și colector: 15 cm ;
• Viteza de mi șcare a acului de -a lungul colectorului: 5 mm/s.

Așa cum se poate observa în figura 6 cazul parametrilor FG -A, s -au ob ținut fibre
neomogene, însă îndep ărtarea meșelor de pe colector a fost dificil ă, acestea fiind foarte bine
aderate la colector. Acest lucru s -ar putea datora unei evapor ări insuficiente a solventului în timpul
procesului de electrofilare.
În cazul parametrilor FG -C, s-au ob ținut fibre f ără foarte multe defecte pe lungime a lor,
însă în acest caz meșele obținute au fost mai pu țin compacte (pufoase). Din acest motiv
îndep ărtarea meșelor de pe colector a fost de asemenea dificil ă, fibrele delamin ându-se.
Pentru parametrii FG -B, structurile fibroase ob ținute au fost uniforme c a dimensiune cât și
ca dispunere pe întregul colector. Îndepărtarea meșelor obținute a fost facilă. Astfel, tensiunea și
debitul folosite pentru sinteza fibrelor din această compoziție au fost considerate optime. Aspectul
structurilor fibroase ob ținute dup ă detașarea lor de pe colector este reprezentat ă în figura 7.

31

Figura 6: Modul de depunere al fibrelor pe colector în func ție de diferen ța de tensiune aplicat ă
între ac și colector.

Figura 7: Aspectul fibrelor dup ă detașarea de pe colector (A) pentru parametrii FG -B si (B) me șa
obținută în cazul parametrilor FG -C

32
În toate cele 3 cazuri s -a identificat c ă debitul cre ște o dat ă cu cre șterea tensiunii aplicate
pentru a putea ob ține o pic ătură stabil ă în vârful acului și pentru formarea conului Taylor (Figura
8). În cazul FG -B debitul optim de injectare este de 7 μL/min.

Figura 8: Formarea conului Taylor în cazul compoziției FG -B

Stabilirea umidității relative optime de electrofilare pentru soluția apoasă de FG 50%.
După optimizarea tensiunii aplica te și a debitului, s -a studiat influen ța parametrilor de
mediu, și anume umiditatea relativ ă în care fibrele sunt produse asupra aspectului și omogenității
meșelor fabricate. Valorile folosite sunt prezentate în tabelul 3.
Tabelul 3. Valorile umidit ății relative
Proba Tensiune
(kV) Debit de injectare
(μL/min) Umiditate relativ ă RH
%
FG-B1 18 7 40
FG-B2 21 7 50
FG-B3 24 7 60

Parametrii de fabricare constan ți:
o Volumul total de solu ție injectat: 300 μL ;
o Dimensiuni colector: diametru de 2 mm, lungime de 150 mm ;
o Viteza de rota ție a colectorului: 150 rpm;
o Diametrul acului de injectare: 0,8 mm ;
o Distan ța dintre v ârful acului și colector: 15 cm ;
o Viteza de mi șcare a acului de -a lungul colectorului: 5 mm/s.

33
În cazurile de fabricare a substraturilor la umi dități de 50 și 60 % se poate observa o
rugozitate crescută a meșelor (Figura 9). În cazul unei umidități de 40% se poate vedea un aspect
omogen al întregii structuri. Acest lucru se poate datora faptului că o umiditate mai sc ăzută permite
evaporarea sufic ientă a solventului înainte de depunerea fibrei pe colector. În ceea ce prive ște
umidit ățile mai crescute de 50 și 60%, uscarea complet ă a fibrelor se realizeaz ă după depunerea
acestora pe colector, ceea ce conduce la o modificare a structurilor, respectiv strângerea și cutarea
lor.

Figura 9: Aspectul structurilor fibroase fabricate folosind diferite umidit ăți relative

ii. Fabricarea de structuri fibroase multistrat cu propriet ăți antiinflamatorii
Partea a doua a studiului a vizat sinteza de structuri fibroase multistrat bioactive prin
încarcarea fibrelor de gelatin ă cu un model de medicament antiinflamator. Principiul activ selectat
a fost piroxicamul sub form ă de piroxicam -β-ciclodextrin ă. În aces t sens s -a folosit Flamexin,
pulbere de solu ție oral ă (solubil ă în apă).
Pentru fabricarea structurilor multistrat, s -a preg ătit o solu ție din gelatin ă de peste 50 %
w/v. S -a adăugat treptat gelatina de pe ște în apă distilat ă până la atingerea concentra ției vizate, sub
agitare continu ă la o temperatur ă de maxim 40°C. Apoi s -au pregatit probe cu încărcări diferite de
medicament. Astfel, a fost dizolvat ă pulberea de Flamexin în solu ția de FG ob ținută anterior, p ână
la omogenizare total ă a probelor. Compozi țiile finale sunt prezentate în tabelu l 4. Pentru o mai
bună omogenizare a componentelor, s -a utilizat o baie de ultrasunete ELMA S30H Elmasonic.
După solubilizarea complet ă a componentelor în solu ții, acestea au fost degazate folosind aceea și

34
baie de ultra sonare. Îndepărtarea bulelor de aer din solu ție este esen țială pentru procesul de
electrofilare . Prezen ța acestora conduce la fibre discontinue prin ruperea jetului injectat.
Tabel 4. Compozi țiile solu țiilor cu încărcări diferite de piroxicam
Proba FG (50%)
mL Piroxicam -β-
ciclodextrina
mg Piroxicam
mg
GD0 1 – –
GD1 1 11,95 1,25
GD2 1 23,9 2,5
GD3 1 47,8 5
GD4 1 71,7 7,5

Structurile fibroase s -au ob ținut cu ajutorul aparatului de electrofilare EC -CLI (IME
Technologies). Într-o prim ă etapă s-a încercat direct electrofilarea solu țiilor GD1 -GD4, însă fibrele
obținute au fost foarte fine și lipicioase, ceea ce a condus la imposibilitatea îndep ărtării meselor
astfel ob ținute de pe colector.
Structurile multistrat sunt alc ătuite din 3 straturi depuse pe acela și colector în urm ătoarea
ordine: stratul 1: FG, stratul 2: FG -piroxicam ( în diferite rapoarte conform tabelului 5) și stratul 3:
FG (Schema 1). Straturile de gelatin ă au ca rol pe de o parte manevrarea mai u șoară a structurilor
electrofilate și controlul eliber ării de medicament din membrane, pe de alt ă parte.

Schema 1. Reprezentarea schematic ă a structurilor multistrat încărcate cu piroxicam -β-
ciclodextrin ă în diferite cantități

35
Pentru electrofilarea solu țiilor multicomponent s -au folosit parametrii de proces conform
tabelului 5. Stabilirea acestora a avut ca punct de plecare optimizarea parametrilor pentru soluția
de FG.
Tabelul 5. Parametrii de fabricare variabili în func ție de compozi țiile solu țiilor pre cursoare
Proba Tensiune (kV) Debit de injectare
(μL/min)
GD0 21 7
GD1 21 9
GD2 16 12
GD3 15 13
GD4 17 14

Parametrii de fabricare constan ți indiferent de compozi țiile solu țiilor precursoare:
• Volumul total de solu ție injectat: 800 μL dintre care strat 1 – FG 100 μL, strat 2 GD1 –
GD4: 600 μL, strat 3 – FG 100 μL
• Dimensiuni colect or: diametru de 10 mm, lungime de 200 mm.
• Viteza de rota ție a colectorului: 150 RPM
• Diametru l acului de injectare: 0,8 mm,
• Distan ța dintre v ârful acului și colector: 15 cm,
• Viteza de mi șcare a acului de -a lungul colectorului: 5 mm/s.
Toate me șele fibroase au fost fabricate într-un mediu controlat, cu o temperatur ă constant ă
de 25°C și o umiditate relativ ă de 40%. Condi țiile de mediu constante din interior ul incintei de
fabricare a echipamentului, conduc la o bun ă reproductibilitate a sintezei structurilor electrofilate.
În acela și timp permit optimizarea tuturor celorla lți parametrii de fabricare în func ție de parametrii
de material.

Figura 10: Imagini din timpul procesului de electrofilare

36
iii. Stabilizarea structurilor multistrat prin reticulare
Pentru stabilizarea structurilor multistrat, aceastea au fost reticulate folosind o solu ție
etanolic ă de AG (0,5 % w/v). S -a evitat folosirea unei cantit ăți mari de ap ă pentru a nu distruge
structura fibroas ă. De aceea, în timpul reticul ării probele au fost imersate în baia de reticulare în
tuburi cu capac, pentru a preveni umectarea suplimentar ă a solu ției de reticulare cu vaporii de ap ă
din atmosfer ă. Reti cularea s -a realizat la temperatura camerei timp de 96 de ore.
Dupa incheierea procesului de reticulare, me șele au fost purifica te prin sp ălare în băi
succesive de etanol, pentru îndep ărtarea reactivilor nereac ționați.
Uscarea membranelor s -a realizat în etuvă la o temperatur ă de 37 °C.

2) CARACTERIZAREA STRUCTURILOR MULTISTRAT

Pentru caracterizarea materialelor fabricate s -au folosit urm ătoarele tehnici:
Spectroscopie în infraroșu cu transformata Fourier (FT -IR): Probele obținute au fost
caracterizate folosind un spectrometru JASCO 4200 echipat cu dispozitiv ATR (reflexie totală
atenuată) Specac Golden Gate. Fiecare spectru fost înregistrat folosind 300 de scanări în intervalul
de numere de undă 4000 -600 cm-1, cu o rezoluție de 4 cm-1.
Microscopie optic a (MO) s-a realizat folosind un microscop Nikon TE2000U, echipat cu
o camer ă CCD de 5MP și un obiectiv 4x.
Caracteristicile morfo -structurale ale structurilor fibroase acoperite cu aur au fost
examinate prin microscopie electronica de baleiaj (SEM) , folosi nd un echipament QUANTA
INSPECT F SEM echipat cu un tun de emisie de electroni (FEG) cu o rezoluție de 1.2 nm.

În primul r ând s-a realizat o evaluare vizual ă a structurilor ob ținute, a șa cum se poate
constata din figura 11. În cazul primului material, fabricat din combinația de compoziții GD0 –
GD1 -GD0, s -a obținut o structur ă elastic ă, aceasta av ând tendin ța de încrețire dup ă detașarea de
pe colector. Pentru restul tuturor materialelor, s -au ob ținut structuri multistrat stabile dimensional
în urma deta șării de pe colector.

37

Figura 11: Depunerea omogen ă a celor 3 straturi pe întreaga lungime a colectorului (a,b),
structura fibroas ă multistrat obținută pentru combinația de compoziții GD0 -GD1 -GD0 (c),
structura fibroas ă multistrat obținută pentru combinaț ia de compoziții GD0 -GD3 -GD0 (d),
structura fibroas ă multistrat obținută pentru combinația de compoziții GD0 -GD4 -GD0 (e) .

a. Analiza probelor prin spectroscopie în infraroșu cu transformata Fourier (FT -IR)
Pentru a confirma prezen ța tuturor componentelor în structurile fabricate prin electrofilare,
studiul a continuat cu analize FT -IR. Au fost înregistrate spectrele componentelor din care au fost
obținute soluțiile de electrofilare și anume, spectrul FG și al Flamexinului și spectrele pentru
fiecare structu ră multistrat obținut ă prin combinarea celor dou ă componente principale.
Spectrul FT -IR al gelatinei (figura 12, dreapta) prezint ă un vârf larg la 32 81 cm-1 cunoscut
ca fiind un semnal comun pentru vibrațiile de întindere a O-H și N -H, un semnal la 30 76 cm-1
atribuit legăturii N-H, la aproximativ 2943 cm-1 apar v ibrațiile tipice pentru legăturile C-H saturate ,
iar vibrațiile specifice pentru amida I și amida II sunt prezente la 1631 cm-1 la 15 24 cm-1; ultimele
două vibrații sunt tipice pentru grupările amidice ale proteinei.

38

Figura 12: Spectrul FT -IR al Flamexin, substan ța activ ă pitoxicam β ciclodextrin ă și spectrul
FT-IR al gelatinei de pe ște.

Spectrul FT -IR al Flamexinului ( figura 12, stânga) prezint ă o band ă largă cu dou ă
absorbante maxime: un maxim la 3227 cm–1 care provine de la vibrațiile grupelor OH (din
piroxicam și 2-hidroxipropil -β-ciclodextrin ă), ν(OH) , și cel de -al doilea la 3301 cm–1 care provin
de la vibrațiile grupelor NH din amida secundar ă a piroxicamului, ν(NH). În intervalul de numere
de und ă 2984 – 2929 cm–1 sunt prezente benzile provenite de la vibrațiile grupelor C –H. Prezen ța
grupelor SO 2 din piroxicam este confirmat ă de benzile de la 1378 cm–1 și de la 1186 cm-1 provenind
din vibrațiile asimetrice și simetrice de valență . Banda de absorbție de la 1637 cm–1 este rezultatul
vibrației de valen ță ν(C=O) a amidei secundare, iar banda de absorbție de la 1526 cm–1 este
rezultatul vibrației de deformare a grupei NH, δ(NH) . Vibrații de deformare simetrice și asimetrice,
provenite de la C–H se pot regăsi în spectru la 1415 cm–1 și 1304 cm–1. În intervalul de lungime
de und ă 1740 – 1601 cm–1 sunt prezente benzile de absorbție provenite de la inelul benzenic
conjugat și piridin ă.
Banda complex ă care se întinde în intervalul de lungimi de und ă 1252 – 999 cm–1, cu
maxime la 1084 cm–1, 1047 cm–1, 999 cm–1 poate fi definit ă prin cuplarea vibrațiilor asimetrice de
valen ță ale C–O, C –O–C, C –C–O si C–C–C. Prezen ța unităților de glucopiranoz ă a 2-

39
hidroxipropil -β-ciclodextrinei în conformația C1 scaun, este confirmat ă de benzile de la 938 cm–1
și 871 cm–1, prezente în spectrul Flamexinului.
Analiza comparativ ă a spectrelor FT -IR ale compozi țiilor GD1 -GD4 cu spectrul gelatinei
(GD0) și al Flamexinul ui (figura 13) indic ă prezen ța ambelor componente în amestecurile fizice
GD2 -GD4, prezen ța flamexinului fiind cel mai greu de detectat în compozi ția GD1, unde acesta
se afl ă într-o cantitate foarte mic ă.

Figura 13: Sprectre FT -IR pentru compozi țiile electrofilate GD0 – GD4 și pentru Flamexin

b. Caracterizarea morfo -structural ă a structurilor multistrat prin microscopie optica
(MO )
Microscopia optică reprezintă o metod ă simplă și rapidă de analiză pentru evaluarea
calitativ ă a structurilor fibroase obținute după electrofilare. Deși nu permite măsurare precis ă a
diametrului fibrelor , este o analiză facilă pentru examinarea anumitor aspecte ale fibrelor fabricate ,
cum ar fi structura fibroasă, lipsa de defecte sau de particule datorate electropulveriză rii.

40
Evaluarea prin microscopie optică a probelor obținute prin electrofilare a evidențiat
structura omogen ă a me șelor fabricate și un aspect dens al acestora. Din acest motiv, lumina a
parcurs cu dificultate grosimea structurilor multistrat (figura 14). De asemenea, s -a putut constata
lipsa unor defecte importante de -a lungul fibrelor, rezultat al unui proces laborios de optimizare a
parametrilor de fabricare. Diametrele fibrelor sunt aproximativ constante, indiferent de soluțiile
injectate, dimetrul medi u al acestora fiind de aproximativ 500 nm.

Figura 14: Imagini de microscopie optic ă pentru: structura fibroas ă obținută pe baz ă de GD0
(GD0 a -c); structura multistrat obținută din combinația de compoziții GD0 -GD1 -GD0

41
(GD1 a-c); structura multistrat obțin ută din combinația de compoziții GD0 -GD2 -GD0
(GD2 a-c); structura multistrat obținută din combinația de compoziții GD0 -GD4 -GD0 (GD4 a -c).
Imaginile de MO înregistrate pentru materialul multistrat obținut prin combinarea
compozițiilor GD0 -GD3 -GD0, au arătat, pe lângă aspectul relativ omogen al probei, faptul c ă sub
structura fibroas ă fină a gelatinei electrofilate, se găsește o a doua structur ă fibrilar ă, cu o
morfologie ușor diferit ă, provenit ă din electrofilarea compoziției GD3. În ceea ce privește s tratul
2, din mijlocul constructului, s -a constatat o tendinț ă de a crea o structur ă intern ă mai compact ă a
multistratului, cu o porozitate mai închisă decât în cazul gelatinei.

Figura 15: Imagini de microscopie optic ă pentru structura multistrat obținută din combinația de
compoziții GD0 -GD3 -GD0

42
c. Caracterizarea morfo -structural ă a structurilor multistrat prin SEM
Imaginile înregistrate cu ajutorul SEM au confirmat rezultatele obținute prin MO. Mai mult
au arătat ca diametrele fibrelor sunt mai mici, ceea ce poate conduce la o încărcare mai eficient ă
cu medicament, datorit ă raportului foarte mare între aria specific ă și volum, respectiv o eliberare
pe o perioad ă mai lung ă al acestuia. Evaluarea morfo -structural ă a structurilor fibroase fabricate
prin SEM a arătat faptul ca nu au apărut diferențe semnificative între straturile exterioare de
gelatin ă electrofilate. Astfel fibrele obținute sunt omogene, continue, cu suprafețe netede, fără o
orientare controlat ă pe o anumi tă direcție, fără defecte sub form ă de picături de -a lungul lor și cu
un diametru mediu de aproximativ 2 20 nm.

43
3) CONCLUZII

În ultimii ani, procesul de electrofilare a luat amploare, acesta fiind utilizat din ce în ce mai
des, cu scopul de a descoperi și dezvolta noi structuri fibroase pentru o plaj ă largă de aplica ții,
pornind de la cercetarea de baz ă în laborator și până la nivel industrial.
Electrospinningul este o tehnică ce a câștigat o atenție deosebită în ultimele decenii datorită
ușurinței producerii substraturilor din fibre polimerice cu dimensiuni nanometrice, împreună cu
potențiale aplicații pe care aceste fibre le pot oferi. Tehnica este relativ simplă, necesitând un
polimer și un solvent adecvat (care are o constantă dielectrică suficient de mare), o sursă de
tensiune ridicată, un electrod țintă și o pompă de seringă pentru a asigura un flux constant de
material. Prin urmare, tehnica de elect rofilare a fost utilizată pentru a pregăti diferite s tructuri de
nanofibre .
În prima parte a studiului, s -a urm ărit optimizarea parametrilor de electrofilare a unei
soluții apoase de gelatin ă de pe ște, pornind de la studii anterioare , iar p artea a doua a studiului a
vizat fabricarea de structuri fibroase multistrat bioactive prin încarcarea fibrelor de gelatin ă cu un
model de medicament antiinflamator disponibil comercial . În continuare s -au studia t
caracteristicile material elor ob ținute în laborator. Caracterizarea aprofundat ă a acestor materiale
se va desf ășura în conti nuare în timpul tezei de doctorat.
Evaluarea prin microscopie optică a probelor obținute prin electrofilare a evidențiat
structura omogenă a meșelor fabricate și un aspect dens al acestora. Din acest motiv, lumina a
parcurs cu dificultate grosimea structurilor multistrat. De asemenea, s -a putut constata lipsa unor
defecte importante de -a lungul fibrelor, rezultat al unui proces labor ios de optimizare a
parametrilor de fabricare. Diametrele fibrelor sunt aproximativ constante, indiferent de soluțiile
injectate, dimetrul mediu al acestora fiind de aproximativ 500 nm . Fibrele ob ținute sunt omogene.
Imaginile înregistrate cu ajutorul SEM au confirmat rezultatele obținute prin MO. Mai mult
au arătat ca diametrele fibrelor sunt mai mici, ceea ce poate conduce la o încărcare mai eficientă
cu medicament, datorită raportului foarte mare între aria specifică și volum, respectiv o eliberare
pe o perioadă mai lungă al acestuia . Se va urm ări în continuare eliberarea controlat ă de medicament
din suporturilor fibroase.

44
4) BIBLIOGRAFIE

[1] – H.T.T. Oyama, L.R.X. Cortella, I.N.S. Rosa, L.E.R. Filhoc, W.S. Huib, I.N. Cestaria, I.A.
Cestaria, Assessment of the biocompatibility of the PLLA -PLCL scaffold obtained by
electrospinning, 2015 , Elsevier, 135 -142;
[2] – H.S. Bolarinwa, M.U. Onuu, A.Y. Fasasi, S.O. Alayande, L.O. Animasahun, I.O.
Abdulsalami, O.G. Fadodun, I.A. Egunjobi, Determination of optical par ameters of zinc oxide
nanofibredeposited by electrospinning technique, 2017, Elsevier, 1245 -1258;
[3] – https://www.imetechnologies.com/electrospinning -machines/ec -cli/
[4] – R. Khajavi, M. Abbasipour, Electrospinning as a versatile method for fabricating coreshell,
hollow and porous nanofibers, 2012, Elsevier, 2029 -2034;
[5] – M. Alazab, G. R. Mitchell, F. J. Davis, S. D. Mohan, Sustainable electrospinning of
nanoscale fibres, 2017, Elsevier, 66 -78;
[6] – S.E. Jasim, M.A. Jusoh, M. Hafiz, Rajan Jose, Fabrication of superconducting YBCO
Nanoparticles by Electrospinning, 2016, Elsevier, 243 -248;
[7] – E.V. Solomin, E.A. Sirotkin, A.A. Sirotkin, Universal Electrospinning Scalable Plant for
Filtering Nanofiber Production, 2017, Elsevier, 1371 -1375;
[8] – N. Tucker, Ph. D., J. J. Stanger, MSc, M. P. Staiger, Ph. D., H. Razzaq, Ph. D., K. Hofman,
Ph. D., The History of the Science and Technology of Electrospinning from 1600 to 1995 , 2012,
Special Issue – Fibers;
[9] – Y. Xia, D. Li, Electrospinning of fine hollow fibers , 2005, United States Patent;
[10] – P. McClellan, W. J. Landis, Recent Applications of Coaxial and Emulsion Electrospinning
Methods in the Field of Tissue Enginnering , 2016, BioResearch Open Access;
[11] – F-L. Zhou, P. L. Hubbard Crisinacce, S. J. Eichhorn, J. Geoff, M. Parker, Preparation and
characterization of polycaprolactone microspheres by electrospraying , 2016, Aerosol Science and
Technology;
[12] – https://www.imetechnologies.com/electrospinning -modules/em -rtc/
[13] – https://www.imetechnologies .com/electrospinning -modules/em -lte/
[14] – https://www.imetechnologies.com/electrospinning -modules/em -std/
[15] – https://www.imetechnologies.com/electrospinning -modules/em -psd/

45
[16] – R. Sarbatly, D. Krishnaiah, Z. Kamin , A review of polymer nanofibers by electrospinning
and their application in oil – water separation for cleaning up marine oil s pills, 2016, Marine
Pollution Bulletin;
[17] – V. D. Nikolić, S. S. Ilić -Stojanović, L. B. Nikolić, M. D. Cakić, A. S. Zdravković, A. J.
Kapor, M. M. Popsavin, Photostability of piroxicam in the inclusion complex with 2 –
hydroxypropyl -β-cyclodextrin, 2014, ResearchGate;
[18] – J. Pitha, Hydroxypropyl -β-cyclodextrin:Preparation and characterization: effects on
solubility of drugs, 1986, Int. J. Pharmaceutics ;
[19] – N. Salehi –Nik, G. Amoabediny, R. Ahmadizadeh, B. Heli, B. Zandieh -Doulabi,
Hydrodynamically Stable Adhesion of Endothelial Cells on Gelatin Electrospun Nanofibrous
Scaffolds, 2013, APCBEE Procedia;
[20] – Production and hosting by Elsevier B.V. on behalf of King Saud University, Preparation of
various nanofiber layers using wire electrospinning system, 2017, Arabian Journal of Chemistry;
[21] – A. Haider, S. Haider b, I. -K. Kang, A comprehensive review summarizing the effect of
electrospinning parameters and potential applications of nanofibers in biomedical and
biotechnology, 2015, Arabian Journal of Chemistry ;
[22] – A. Serafim, S. Cecoltan, A. Lungu, E. Vasile, H. Iovu, I. C. Stancu , Electrospun fish gelatin
fibrous scaffolds with improved biointeractions due to carboxylated nanodiamond loading , 2013,
The Royal Society of Chemistry .