पाठ 13.9माइक्रो और नैनोअध्याय 13 · माइक्रो- और नैनोफ़ैब्रिकेशन

इलेक्ट्रोस्पिनिंग

ऊँचे वोल्टेज से पॉलिमर की धारा को नैनोफ़ाइबर में खींचती है

इलेक्ट्रोस्पिनिंग ऊँचे वोल्टेज से पॉलिमर के घोल को बाल से सैकड़ों गुना पतले रेशों में खींचती है। रेशे हल्के, हवादार जाले के रूप में जमा होते हैं, जिसे नैनोफ़ाइबर मैट कहते हैं। ऐसे मैट एयर फ़िल्टर और फ़ेस मास्क को बेहतर बनाते हैं, और ऊतक उगाने के लिए ढाँचे का काम करते हैं।

फ़ोटो: Farizat Aidyn, CC BY-SA 4.0, स्रोत: Wikimedia Commons

इलेक्ट्रोस्पिनिंग · सेट-अप, टेलर कोन का ज़ूम और रेशों का जालघेरे वाले नंबर नीचे दिए चरणों से मेल खाते हैं; दोनों फ़्रेम किए चित्र सुई की नोक और तैयार जाले को बड़ा करके दिखाते हैं।

यह कैसे काम करती है

घोल तैयार करें। पॉलिमर को विलायक में घोला या पिघलाया जाता है, सही श्यानता (तरल कितना गाढ़ा और धीमा बहने वाला है) तक।
बूँद फ़ीड करें। सिरिंज पंप घोल को धातु की सुई की नोक तक धीरे-धीरे धकेलता है, जहाँ एक बूँद लटकती है।
ऊँचा वोल्टेज लगाएँ। आमतौर पर 5 से 50 किलोवोल्ट की सप्लाई बूँद को आवेशित करती है। विद्युत बल पृष्ठ तनाव को हराकर बूँद को टेलर कोन नाम की नोक में खींच देते हैं।
धारा और कोड़े जैसी हरकत। कोन की नोक से बारीक धारा निकलती है, फिर कुंडली बनाकर बेतहाशा कोड़े की तरह हिलती है। विलायक के उड़ने तक वह हज़ारों गुना खिंच जाती है।
रेशे इकट्ठा करें। सूखे रेशे ग्राउंड किए कलेक्टर पर गिरते हैं: बेतरतीब जाले के लिए समतल प्लेट, एक दिशा के रेशों के लिए तेज़ घूमता ड्रम, या फ़ैक्टरी में चलता कपड़ा। फिर मैट को उतारा जाता है, सहारे पर लेमिनेट किया जाता है या चिकित्सा उपयोग के लिए स्टरलाइज़ किया जाता है।

मुख्य तथ्य

सामग्री: पॉलिमर के घोल या पिघले रूप: नायलॉन, पॉलिएस्टर (PET), PVDF, PAN, जैव-अपघटनीय PCL, PVA, कोलेजन, सेल्युलोज़ एसिटेट; साथ ही सिरेमिक प्रीकर्सर
आम पार्ट: नॉनवोवन (फ़ेल्ट जैसे, बुने नहीं) रेशा मैट, कपड़ों पर फ़िल्टर परतें, ट्यूब, एक दिशा में संरेखित धागे
पार्ट का आकार: दसियों नैनोमीटर से कुछ माइक्रोन मोटे रेशे; प्रयोगशाला के नमूनों से लेकर मीटरों चौड़े औद्योगिक रोल तक के मैट
सटीकता: इस अर्थ में कोई आयामी टॉलरेंस नहीं: रेसिपी और सेटिंग रेशे का व्यास और उसका फैलाव तय करती हैं
सतह की फ़िनिश: नरम, फ़ेल्ट जैसा जाला, विशाल सतह-क्षेत्र और बारीक छिद्रों के साथ जो सब-माइक्रोन कणों को फँसाते हैं
किस बैच साइज़ के लिए उपयुक्त: प्रयोगशाला के ग्राम से लेकर मीटरों चौड़ी रोल-टू-रोल उत्पादन लाइनों तक
टूलिंग और मशीन की लागत: प्रयोगशाला सेट-अप कुछ हज़ार डॉलर से; औद्योगिक लाइनें कहीं ज़्यादा
गति: एक सुई प्रति घंटे एक ग्राम से काफ़ी कम रेशा बनाती है; बिना सुई वाली फ़ैक्टरी लाइनें कपड़े को लगातार कोट करती हैं

ताक़तें और सीमाएँ

खूबियाँ

अति-बारीक रेशे जिनका सतह-क्षेत्र विशाल होता है
सरल, कम लागत वाला प्रयोगशाला सेट-अप
पॉलिमर, मिश्रणों और एडिटिव (दवाएँ, कण) का विशाल चयन
शरीर की कोशिकाओं के आसपास के रेशों के जाल की नकल करती है, जो कोशिकाओं को बढ़ने में मदद करता है

सीमाएँ

एकल सुइयों से कम उत्पादन
कई रेसिपी ज़हरीले या ज्वलनशील विलायक इस्तेमाल करती हैं
रेशे का आकार आर्द्रता, वोल्टेज और दूरी के साथ खिसकता है
कमज़ोर मैट को आमतौर पर सहारे की परत चाहिए; ऊँचे वोल्टेज के सुरक्षा नियम लागू होते हैं

कहाँ इस्तेमाल होती है

फ़िल्ट्रेशनइमारतों के वेंटिलेशन, इंजन की हवा और फ़ेस-मास्क फ़िल्टरों में नैनोफ़ाइबर परतें
चिकित्साघाव की पट्टियाँ, ऊतक-अभियांत्रिकी के ढाँचे, रक्त वाहिका ग्राफ़्ट, दवा छोड़ने वाले पैच
ऊर्जाबैटरी सेपरेटर, फ़्यूल-सेल झिल्लियाँ
कपड़ा उद्योगसाँस लेने योग्य जलरोधी झिल्लियाँ, सुरक्षात्मक कपड़े
सौंदर्य प्रसाधननैनोफ़ाइबर फ़ेस मास्क और पैच
शोधसेंसर, उत्प्रेरक, सिरेमिक नैनोफ़ाइबर

इसे कैसे पहचानें

अकेले रेशे आँख से अदृश्य हैं; केवल जाला दिखता है, बेहद पतली सफ़ेद या पारभासी फ़िल्म के रूप में।
कुछ उच्च-दक्षता वाले एयर, वैक्यूम या इंजन फ़िल्टर देखें: मोटे कपड़े पर नाज़ुक परत, जो इतनी हल्की लगती है कि काम करती नहीं दिखती।
इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप में जाला उलझी हुई सेवइयों जैसा दिखता है, जिसके धागे लगभग बराबर मोटाई के होते हैं।
चिकित्सा रूप घावों पर या शरीर के भीतर पहुँचते हैं, पट्टियों और ढाँचों के रूप में जो धीरे-धीरे घुल सकते हैं।

तुलना करें

एक्सट्रूज़न3.3सामग्री को आकार वाले डाई के खुले मुँह से धकेलती है; यह साधारण रेशे और प्रोफ़ाइल बनाती है, कहीं मोटे और तेज़।वायर ड्रॉइंग3.4ठोस धातु के तार को डाई से खींचकर पतला करती है; इलेक्ट्रोस्पिनिंग इसके बजाय विद्युत बलों से तरल धारा को पतला करती है।टू-फ़ोटॉन पॉलिमराइज़ेशन13.8हर माइक्रो-विशेषता ठीक जगह रखती है; इलेक्ट्रोस्पिनिंग सस्ते में बेतरतीब जाला बनाती है, जिसमें हर रेशा कहाँ गिरेगा उस पर नियंत्रण कम होता है।

देखें

Hosein Rostamani · घोल से रेशा मैट तक की एक सरल लैब प्रक्रिया

Inovenso Ltd. Electrospinning Company · एक नोज़ल पर टेलर कोन और धारा का क्लोज़-अप

ELMARCO · घूमते ड्रम से उठती औद्योगिक बिना सुई वाली धाराएँ

Foshan MBRT Nanofiberlabs Co.,Ltd · नैनोफ़ाइबर उत्पादों और उपयोगों का परिचय

असली तस्वीरें देखें

Wikipedia: Electrospinning — नैनोफ़ाइबर की इलेक्ट्रॉन माइक्रोग्राफ़, सेट-अप आरेख और पैरामीटर तालिका
Wikimedia Commons फ़ोटो खोज

याद रखें

खिंचाव विद्युत बल करता है: बूँद, कोन, कोड़े जैसी धारा, सूखा रेशा।
रेशे दसियों नैनोमीटर से कुछ माइक्रोन मोटे होते हैं, और जाले का सतह-क्षेत्र विशाल होता है।
एकल सुइयाँ धीमी हैं; फ़ैक्टरियाँ फ़िल्टर कपड़ों को कोट करने के लिए बिना सुई वाली लाइनें इस्तेमाल करती हैं।