Study and analysis of a Polycaprolactone polymeric solution to produce a nanofibrous coating for medical stitching threads via electrospinning

Juan Pablo Pérez Aguilera

Master's thesis

Abstract:

Stability of polymeric solutions is a highly important characteristic for the production process of nanofibers that will be used in filtration, medicine, biotechnology and electronics among other applications. Without a stable polymeric solution there will be phase separation [1]. This generates problems because the polymer will collapse on itself and form globules, which makes electrospinning impossible [2]. The stability of these solutions depends on atmospheric properties (temperature, atmospheric pressure, humidity, etc.), osmotic pressure and interaction parameters of the polymer among other properties [3]. Stability at defined conditions will be different for each polymeric solution. This diploma project will focus on a solution of Polycaprolactone on Acetic acid, Formic acid and acetone, which will be used in electrospinning to produce a nanofiber coating layer used on a polylactic acid filament; thus, creating an improved and highly biocompatible stitching thread [4]. The challenge is that this specific polymeric solution shows phase separation at atmospheric conditions. On the other hand, under 3C this solution forms a thermo-reversible gel which is stable and can be used in electrospinning, this effect is observable in the samples studied by professor David Lukáš in the TUL laboratories. Therefore, the focus of this diploma project will be studying and understanding the stability of this solution in order to correctly quantify the phase transition temperature and allow for stable storage and posterior electrospinning to ensure the quality of the nanofibrous coating.

Abstract:

Stabilita polymerních roztoků je velmi důležitou charakteristikou pro proces výroby nanovláken, která se budou mimo jiné používat ve filtraci, medicíně, biotechnologii a elektronice. Bez stabilního polymerního roztoku dojde k fázové separaci [1]. To vytváří problémy, protože polymer se sám zhroutí a vytvoří kuličky, což znemožňuje elektrostatické zvlákňování [2]. Stabilita těchto roztoků závisí mimo jiné na atmosférických vlastnostech (teplota, atmosférický tlak, vlhkost atd.), osmotickém tlaku a parametrech interakce polymeru [3]. Stabilita za definovaných podmínek bude pro každý polymerní roztok odlišná. Tato diplomová práce se zaměří na roztok polykaprolaktonu na kyselině octové, kyselině mravenčí a acetonu, který bude použit při elektrostatickém zvlákňování k výrobě nanovlákenné potahové vrstvy používané na vláknu polymléčné kyseliny; tedy vytvoření vylepšené a vysoce biokompatibilní šicí nitě [4]. Úkolem je, že tento specifický polymerní roztok vykazuje za atmosférických podmínek fázovou separaci. Na druhé straně, při teplotě nižší než 3°C toto řešení tvoří termo-reverzibilní gel, který je stabilní a lze jej použít při elektrostatickém zvlákňování, tento účinek je pozorovatelný u vzorků studovaných profesorem Davidem Lukášem v laboratořích TUL. Cílem diplomové práce bude proto studium a porozumění stabilitě tohoto řešení za účelem správné kvantifikace teploty fázového přechodu a umožnění stabilního skladování a pozdějšího elektrostatického zvlákňování, aby byla zajištěna kvalita nanovlákenného povlaku.

Keywords

Polykaprolakton, systém polymer-rozpouštědlo, fázový přechod sol-gel, teplota fázového přechodu, elektrostatické zvlákňování, nanovlákna, stehy, lékařské textilie.

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 10. 1. 2021

Thesis defence

• Supervisor: prof. RNDr. David Lukáš, CSc.

Technical University of Liberec

Faculty of Textile Engineering

Master programme / field:
Textile Engineering / Nonwoven and Nanomaterials