Vývoj vlákenných tubulárních vzorků pomocí AC zvlákňování

Jan Semenec

Bachelor's thesis

Development of fibrous tubular samples using AC Spinning

Anotácia:

Tato bakalářská práce se zaměřuje na inovativní přístup k výrobě tubulárních útvarů pro tkáňové inženýrství pomocí metody elektrospinningu pomocí střídavého proudu (AC) na rozdíl od většiny dosavadních výzkumů v této oblasti, které se soustředily na zvlákňování pomocí elektrospinningu se stejnosměrným proudem (DC). Hlavním cílem práce bylo vybrat vhodné polymery, testovat možnosti výroby tubulárních vzorků touto metodou a optimalizovat proces výroby a morfologickou analýzu vzniklých vzorků. Práce zahrnovala modifikaci zařízení pro rozvod vlákninové vlečky, testování cytotoxicity vzorků a jejich mechanické testování. Experimenty potvrdily možnost výroby tubulárních vzorků pomocí AC elektrospinningu a identifikovaly vhodné polymery pro tuto aplikaci, kterými byly polykarpolaktin (PCL) a kyselina polymléčná (PLA). Byly zjištěny různé faktory ovlivňující proces výroby a vlastnosti vzorků, jako jsou vibrace vřetene, změny koncentrace polymerního roztoku a vliv rychlosti rotace. Během experimentů byly připraveny vzorky bez rozvodu vlákninové vlečky o maximální délce 260 mm, ale většina připravených vzorků dosahovala maximální délky 170 mm. Při použití rozvodu vlákninové vlečky byly připraveny vzorky o délce až 300 mm a jeden vzorek o délce až 500 mm. Testování cytotoxicity ukázalo, že vzorky z PCL, PLA v rozpouštědlovém systému kyseliny mravenčí, octové, acetonu s použitím ethanolu a lubrikantu na bázi vody při koncentraci extraktu 10 mg/ml nejsou pro buňky cytotoxické. Tyto výsledky naznačují potenciál těchto materiálů pro využití v tkáňovém inženýrství pro výrobu scaffoldů. Výsledky mechanických testů naznačily, že každý z testovaných materiálů má specifické vlastnosti. Vzorky připravené z PCL se vyznačovaly vysokou elasticitou a tažností, ale nízkou maximální silou do přetržení, zatímco vzorky z PLA se na druhou stranu vyznačovaly vysokou maximální silou do přetržení a nízkou elasticitou a tažností. Celkově představuje tato práce důležitý krok směrem k vývoji nových materiálů pro tkáňové inženýrství a nabízí perspektivní směry pro další výzkum v této oblasti.

Abstract:

This bachelor's thesis focuses on an innovative approach to producing tubular structures for tissue engineering using the electrospinning method with alternating current (AC), as opposed to the majority of previous research in this field, which concentrated on fiber production using direct current (DC) electrospinning. The main aim of the thesis was to select suitable polymers, test the production possibilities of tubular samples using this method, and optimize the production process and morphological analysis of the resulting samples. The work involved modifying the device for fiber distribution, testing the cytotoxicity of the samples, and conducting their mechanical testing. Experiments confirmed the feasibility of producing tubular samples using AC electrospinning and identified suitable polymers for this application, namely polycaprolactone (PCL) and polylactic acid (PLA). Various factors affecting the production process and sample properties were identified, such as spindle vibrations, changes in polymer solution concentration, and the influence of rotation speed. During the experiments, samples without fiber distribution reached a maximum length of 260 mm, but the majority of prepared samples achieved a maximum length of 170 mm. When fiber distribution was used, samples with lengths up to 300 mm and one sample up to 500 mm were prepared. Cytotoxicity testing showed that samples of PCL and PLA in a solvent system of formic acid, acetic acid, acetone using ethanol, and water-based lubricant at an extract concentration of 10 mg/ml were not cytotoxic to cells. These results indicate the potential of these materials for use in tissue engineering for scaffold production. The results of mechanical tests indicated that each of the tested materials has specific properties. Samples prepared from PCL exhibited high elasticity and extensibility but low maximum tensile strength, while samples from PLA, on the other hand, showed high maximum tensile strength but low elasticity and extensibility. Overall, this work represents a significant step towards the development of new materials for tissue engineering and offers promising directions for further research in this field.

Kľúčové slová

Elektrické zvlákňování, elektrospinning střídavým proudem, poly--kaprolakton, kyselina polymléčná, tubulární vzorky, bezjehlové zvlákňování, morfologické analýzy, nano/mikro vlákna

Jazyk práce: Czech

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 20. 5. 2024

Obhajoba závěrečné práce

• Vedúci: doc. RNDr. Jana Horáková, Ph.D.

Technical University of Liberec

Faculty of Textile Engineering

Bachelor programme / odbor:
Textile Technologies, Materials and Nanomaterials / Netkané textilie a nanovlákna