Исследование получения нановолокон из водных растворов поливинилового спирта методом электроспиннинга
Автор: Лебедева А.В., Ву Н.Т., Олехнович Р.О., Морозкина С.Н., Успенская М.В.
Журнал: Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий @vestnik-vsuet
Рубрика: Химическая технология
Статья в выпуске: 2 (92), 2022 года.
Бесплатный доступ
Поливиниловый спирт (ПВС) относится к полимерам, которые обладают большим потенциалом применения в медицине и технике. Особенно большой интерес вызывает возможность его применения в медицине в составе нановолокон, из-за его хорошей растворимости в воде, высокой биологической совместимости и нетоксичности. ПВС используют для различных фармацевтических и биомедицинских целей, как носитель для доставки белковых и лекарственных препаратов, в качестве перевязочных материалов, материалов для фильтров и как искусственные органы. В настоящее время разработано множество систем доставки лекарств, таких как гидрогели или сложные электронные микрочипы. Наностуктурные материалы особенно выгодны для быстрого высвобождения лекарств из-за их высокого отношения площади поверхности к объему. Как натуральные, так и синтетические полимеры, могут быть использованы для производства нановолоконных материалов, но сочетание разных полимеров (синтетических и натуральных) и внедрение в них различных биологически активных веществ обеспечивает особые свойства готовым материалам. В работе были исследованы свойства водных растворов на основе поливинилового спирта: электропроводность, вязкость и рН. Было изучено влияние технологических параметров процесса электроформования на получение нановолокон из водных растворов ПВС. Определена оптимальная концентрация ПВС для формирования наноструктур, равная 8 масс.%. При этой концентрации раствор ПВС имеет электропроводность, вязкость и рН равные 571 мкСм/см, 107,23 мПа·с и 6,14 соответственно. В рамках исследования получены параметры процесса электроформования, обеспечивающие возможность получения нановолокон диаметром около 170 нм: расстояние между иглой и коллектором 140 мм, скорость подачи прядильного раствора 0,2 мл/ч и напряжение между иглой и коллектором 30 кВ.
Поливиниловый спирт, электроформование, технологические параметры, диаметр нановолокон, получение нановолокон
Короткий адрес: https://sciup.org/140296175
IDR: 140296175 | УДК: 542.06 | DOI: 10.20914/2310-1202-2022-2-210-220
Investigation of the fabrication of nanofibers from aqueous polyvinyl alcohol solutions by electrospinning
Polyvinyl alcohol (PVA) refers to polymers that have great potential for medical and technical applications. Especially, the possibility of its medical application in nanofibres is of great interest due to its good water solubility, high biocompatibility and non-toxicity. PVA is used for various pharmaceutical and biomedical purposes, as a carrier for the delivery of proteins and drugs, as dressings, filter materials, and as artificial organs. Currently, many drug delivery systems have been developed, such as hydrogels or complex electronic microchips. Nanostructural materials are particularly advantageous for rapid drug release due to their high surface area to volume ratio. Both natural and synthetic polymers can be used to produce nanofiber materials, but the combination of different polymers (synthetic and natural) and the incorporation of various biologically active substances into them provides special properties to the finished materials. In this work, the properties of aqueous solutions based on polyvinyl alcohol were investigated: electrical conductivity, viscosity and pH. The influence of technological parameters of electroforming process on obtaining nanofibers from aqueous solutions of PVA. The optimum PVA concentration for the formation of nanostructures was determined equal to 8 wt.%. At this concentration, the PVA solution has electrical conductivity, viscosity and pH equal to 571 µS/cm, 107.23 mPa·s and 6.14 respectively. As part of the study, the electroforming process parameters were obtained to enable the production of nanofibers with a diameter of about 170 nm: distance between needle and collector 140 mm, spinning solution feed rate 0.2 ml/h and voltage between needle and collector 30 kV.
Список литературы Исследование получения нановолокон из водных растворов поливинилового спирта методом электроспиннинга
- Перепёлкин К.Е. Физико-химические основы процессов формования химических волокон. М: Химия, 1978. 320 с.
- Рыклин Д.Б., Ясинская Н.Н., Демидова М.А., Азарченко В.М. и др. Исследование влияния свойств растворов поливинилового спирта на структуру электроформованных материалов // Вестник Витебского государственного технологического университета. 2020. № 2(39). С. 130-139. doi: 10.24411/2079-7958-2020-13913
- Qin X.-H., Wang S.-Y. Filtration properties of electrospinning nanofibers // J. Appl. Polym. Sci. 2006. V. 102. P. 1285-1290. doi: 10.1002/app.24361
- Steinbu A., Matsumura S. Biopolymers. Cambridge: Wiley, Weinheim. 2002. 25 p.
- Zeng J., Aigner A., Czubayko F., Kissel T., et al Poly(vinyl alcohol) Nanofibers by Electrospinning as a Protein Delivery System and the Retardation of Enzyme Release by Additional Polymer Coatings // Biomacromolecules 2005. V. 6. №. 3. P. 1484-1488. doi: 10.102l/bm0492576
- Rahmani F., Ziyadi H., Baghali M., Luo H. et al Electrospun PVP/PVA nanofiber mat as a novel potential transdermal drug-delivery system for buprenorphine: a solution needed for pain management // Appl. Sci. 2021. V. 11. P. 2779. doi: 10.3390/app11062779
- Vu T., Morozkina S.N., Olekhnovich R.O., Uspenskaya M.V. The effects of the solution parameters on electrospinning of poly vinyl alcohol // 20th International Multidisciplinary Scientific GeoConference Surveying Geology and Mining Ecology Management, SGEM-2020. 2020. №. 5.2. P. 151-160.
- Raja K., Prabhu C., Subramanian K.S. et al. Electrospun polyvinyl alcohol (PVA) nanofibers as carriers for hormones (IAA and GA3) delivery in seed invigoration for enhancing germination and seedling vigor of agricultural crops (groundnut and black gram) //Polym. Bull. 2021. V. 78. P. 6429-6440. doi:10.1007/s00289-020-03435-6
- Singh B., Sharma V. Design of psyllium-PVA-acrylic acid based novel hydrogels for use in antibiotic drug delivery // International journal of pharmaceutics. 2010. V. 389. P. 94-106. doi: 10.1016/j.ijpharm.2010.01.022
- Singh B., Pal L. Sterculia crosslinked PVA and PVA-poly(AAm) hydrogel wound dressings for slow drug delivery: mechanical, mucoadhesive, biocompatible and permeability properties // Journal of the mechanical behavior of biomedical materials. 2012. V. 9. P. 9-21. doi: 10.1016/j.jmbbm.2012.01.021
- Tavakoli J., Tang Y. Honey/PVA hybrid wound dressings with controlled release of antibiotics : Structural, physico -mechanical and in-vitro biomedical studies // Materials Science and Engineering. 2017. V. 77. P. 318-325. doi: 10.1016/j.msec.2017.03.272
- Sharma D.K., Li F., Wu Y. Electrospinning of Nafion and polyvinyl alcohol into nanofiber membranes: A facile approach to fabricate functional adsorbent for heavy metals // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2014. V. 457. P. 236-243.doi: 10.1016/j.colsurfa.2014.05.038
- El-Aziz A.M., El-Maghraby A., Taha N.A. Comparison between polyvinyl alcohol (PVA) nanofiber and polyvinyl alcohol (PVA) nanofiber/hydroxyapatite (HA) for removal of Zn2+ ions from wastewater // Arabian Journal of Chemistry. 2017. V. 10. P. 1052-1060. doi: 10.1016/j.arabjc.2016.09.025
- Wang X.-L., Oh I.-K., Lee S. Electroactive artificial muscle based on crosslinked PVA/SPTES // Sens. Actuators B-Chem. 2010. V. 150. P. 57-64.doi: 10.1016/j.snb.2010.07.042
- Hrib J., Sirc J., Hobzova R., Hampejsova, Z. et al. Nanofibers for drug delivery - incorporation and release of model molecules, influence of molecular weight and polymer structure // Beilstein journal of nanotechnology. 2015. V. 6. P.1939-1945. doi: 10.3762/bjnano.6.198
- Biruk F.A., Jing G., Abdul K.J., Degu M.K. A review of medicinal plant-based bioactive electrospun nano fibrous wound dressings //Materials & Design.2021. V. 209.doi: 10.1016/j.matdes.2021.109942
- Sorour J., Farid N., Hassan E.-D. Preparation and Characterization of Sodium Alginate Polymeric Scaffold by Electrospinning Methodfor Skin Tissue Engineering Application//RSC Adv. 2021. V. 11. P. 30674-30688. doi:10.1039/dlra04176b "
- Jegina S., Kukle S., Gravitis J. Evaluation of Aloe Vera Extract Loaded Polyvinyl Alcohol Nanofiber Webs Obtained via Needleless Electrospinning // In: IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018. V. 459.doi: 10.1088/1757-899X/459/1/012016
- El-Okaily M.S., EL-Rafei A.M., Basha, M., Abdel Gham N.T. et al. Efficient drug delivery vehicles of environmentally benign nano-fibers comprising bioactive glass/chitosan/polyvinyl alcohol composites // International journal of biological macromolecules. 2021. V. 182. P. 1582-1589. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2021.05.079
- Apinya R., Rapee U., Chaiwat R., Piya-on N. et al. Morphological and chemical characterization of electrospun silk fibroin/polyvinyl alcohol nanofibers // AIP Conference Proceedings. 2020. doi:10.1063/5.0023319
- Linh N.T., Min Y., Song H., Lee B. Fabrication of polyvinyl alcohol/gelatin nanofiber composites and evaluation of their material properties // Journal of biomedical materials research. Part B, Applied biomaterials.2010. V. 95. №. 1. P. 184-191. doi: 10.1002/jbm.b. 31701
- Alwan T.J., Toma Z.A., Kudhier M.A., Ziadan K.M. Preparation and Characterization of the PVA Nanofibers produced by Electrospinning // Madridge J Nanotechnol Nanosci. 2016. V. 1. №. 1. P. 1-3. doi:10.18689/mjnn.2016-101
- Yeum J., Yang S., Sabina Y. Fabrication of Highly Aligned Poly(Vinyl Alcohol) Nanofibers and its Yarn by Electrospinning // In S. Haider, & A. Haider (Eds.), Electrospinning - Material, Techniques, and Biomedical Applications. IntechOpen. 2016. doi: 10.5772/65940
