Electrospinning là gì

Electrospinning là một kỹ thuật kéo sợi từ polymer dung dịch hoặc polymer nóng chảy bằng cách sử dụng lực tĩnh điện [điện trường]. Sợi electrospun có đường kính rất nhỏ [từ nanomet đến micromet] so với quá trình kéo sợi bằng lực cơ học thông thường [kéo sợi nóng chảy, kéo sợi dung dịch].

Nguyên lý tạo sợi electrospinning: Khi đặt một điện áp cao vào giữa đầu phun và bảng thu sợi [được nối đất] sẽ làm xuất hiện một điện trường lớn. Dòng điện I tạo ra rất nhỏ, làm đầu phun bị nhiễm điện. Do đó dung dịch polymer khi đi qua đầu phun này cũng sẽ bị nhiễm điện và các hạt mang điện được gia tốc bởi điện trường, phun ra dung dịch polymer chuyển động theo chiều của điện trường tạo thành ở trên.  Kết quả là dung dịch polymer được tăng tốc đập vào bảng thu sợi và hình thành một sợi mỏng với bán kính từ micromet đến nanomet.

Có ít nhất hai yếu tố quan trọng trong phương pháp electrospinning của các dung dịch polymer:

• Yếu tố đầu tiên: là dung môi bay hơi, làm bán kính [rf] của sợi thu được trên bảng điện cực nhỏ hơn bán kính của sợi ban đầu.
• Yếu tố thứ hai:  là “tính phi newton” của dung dịch. Trong dung dịch này, năng lượng điện trường có thể đi vào cấu trúc kết hợp với định hướng của các mạch polymer. Như vậy cấu trúc tăng bán kính của sợi khác phụ thuộc mạnh vào các tính chất polymer [chiều dài và tính linh động của chuỗi] và chất lượng của các dung môi.

      Trong các phương pháp tạo scaffold, phương pháp electrospinning là phương pháp có các đặc điểm như đơn giản và dễ dàng tạo được cấu trúc xốp; có thể điều chỉnh linh hoạt và điều chỉnh tốt các thông số ảnh hưởng đến khối scaffold; có khả năng kết hợp với polymer khác để tạo nhiều chức năng.

Source image: internet, not copyright

[khoahocdoisong.vn] - Electrospinning là công nghệ chế tạo mới, thu hút nhiều sự chú ý trong nhiều lĩnh vực, từ y học và kỹ thuật mô đến năng lượng và khoa học môi trường do có thể sản xuất chính xác vật liệu sợi dệt hoặc sợi không dệt.

Hỗ trợ chữa lành vết thương

Quá trình bắt đầu khi dung dịch polymer hoặc polymer hóa lỏng dưới tác động của điện trường cao khiến polymer biến dạng và quay tròn, chuyển hóa thành các mảnh lưới rất mịn các sợi siêu nhỏ có cấu trúc nano.

Sự tiến bộ không ngừng và phát triển mở rộng loại vật liệu này, cùng với những tính năng tiên tiến của cấu trúc nano, khiến vật liệu lưới siêu mỏng trở thành ứng viên được quan tâm rất lớn cho sự phát triển những liệu pháp chữa trị tiên tiến.

Trong một bài báo, được công bố trên WIREs Nanomeesine và Công nghệ nano, nhóm nhà nghiên cứu thuộc Đại học Edinburgh và Phòng Thí nghiệm Khoa học và Công nghệ Vật liệu Liên bang Thụy Sỹ [Empa] công bố những khám phá về khả năng electrospinning có thể thực hiện cho kỹ thuật mô da.

Nếu vết thương hoặc bỏng quá sâu hoặc bệnh nhân bị tổn thương mãn tính [không lành, kéo dài] do bệnh tiểu đường týp 2 tiềm ẩn, quản lý và kiểm soát hiệu quả chữa trị khu vực bị tổn thương là một thách thức lớn đối với các bác sĩ lâm sàng ngày nay.

Các sợi cấu trúc nano electrospinning có thể là cơ sở căn bản phát triển một ma trận ngoại bào hợp vệ sinh, có thể hỗ trợ chữa lành vết thương và thúc đẩy sự phục hồi nhanh chóng.

Hiện nay, các nhà khoa học đang nỗ lực nghiên cứu để có được những khám phá mới từ công nghệ chế tạo vật liệu electrospinning này.

Electrospinning không chỉ có thể hỗ trợ chữa lành vết thương, mà còn tạo điều kiện thuận lợi đưa thuốc đến vị trí cần thiết, điều trị tại chỗ để chữa trị ung thư da.

Vật liệu nano 3D

Những kỹ thuật tiên tiến đang phát triển hiện nay và trong tương lai tập trung quanh việc khai thác những tính chất độc đáo của vật liệu y tế sợi tơ nano, tạo điều kiện cho tối ưu hóa hiệu suất điều trị.

Michael Chung, nhà khoa học nghiên cứu sự phát triển công nghệ electrospinning trong xây dựng cấu trúc polymer ba chiều, cho biết, các kỹ thuật tân tiến tiếp tục được đề xuất và hướng tới việc thiết lập sự kiểm soát hình học tổ hợp vật liệu sợi nano 3D.

Vật liệu 3D, tạo ra bằng phương pháp electrospinning không chỉ tiếp tục nâng cao khả năng mô phỏng da người mà kỹ thuật sản xuất vật liệu sợi nano càng hiệu quả hơn về giá thành và tiết kiệm thời gian.

Các nhà khoa học đang thử nghiệm điều trị bằng dụng phương pháp phun lớp phủ sợi nano trực tiếp lên vết thương với sử dụng thiết bị cầm tay, có tác dụng giảm đau cho bệnh nhân. Lớp phủ sợi nano bong ra sau khi vết thương được chữa lành hay phương pháp quấn băng thuốc tiên tiến, có thể tự điều chỉnh theo vết thương và tự động cung cấp thuốc vào khu vực tổn thương. Những tiến bộ của phương pháp chế tạo vật liệu trên nền tảng sợi nano 3D trong tương lai sẽ mô hình hóa các vật liệu tương tác với da người.

Theo TS Giuseppino Fortunato, chủ nhiệm dự án và là nhà nghiên cứu cao cấp tại Phòng Thí nghiệm màng sinh học và vật liệu dệt tại Empa, đã dành phần lớn thời gian trong sự nghiệp khoa học để điều nghiên và cải tiến nâng cao các ứng dụng vật liệu sợi nano electrospinning, vẫn có nhiều không gian cho những sáng kiến, cải tiến công nghệ quy trình electrospinning đối với kỹ thuật mô da. Ví dụ, cho phép tăng cường sự liên kết các tế bào, nâng cao tốc độ hình thành mạch máu mới hoặc cho các vật liệu giàn giáo để chống lại sự co rút và xơ hóa vết thương.

Sự tiến bộ nhanh chóng và liên tục này của lĩnh vực electrospinning khiến việc sản xuất những vật liệu cấu trúc sợi nano với chi phí hợp lý dễ dàng đưa vào khai thác sử dụng, có tác động tích cực và vai trò quan trọng trong điều trị vết thương trong tương lai không xa.