エレクトロスピニング

高電圧でポリマーの噴流を引き、ナノファイバーにする

エレクトロスピニングは、高電圧でポリマー溶液を引っ張り、髪の毛の何百分の1もの細さの繊維にします。繊維は、ナノファイバーマットと呼ばれる、軽くてふんわりした網状に積み重なります。このマットは、空気フィルターやマスクの性能を高め、組織を育てる足場にもなります。

写真：Farizat Aidyn, CC BY-SA 4.0, 提供： Wikimedia Commons

エレクトロスピニング · セットアップ、テイラーコーンの拡大、繊維のウェブ丸数字は下の手順に対応しています。枠で囲んだ2つの図は、針の先端と、完成したウェブを拡大したものです。

しくみ

溶液を準備する。 ポリマーを、溶媒に溶かすか、融かして、適切な粘度(液体がどれだけどろっとして流れにくいか)にします。
液滴を送る。 シリンジポンプが、溶液を金属針の先端までゆっくり押し出し、そこに液滴がぶら下がります。
高電圧をかける。 通常 5 から 50 キロボルトの電源が、液滴を帯電させます。電気の力が表面張力に打ち勝ち、液滴を、テイラーコーンと呼ばれる尖った形に引き伸ばします。
噴流と鞭打ち運動。 コーンの先端から細い噴流が飛び出し、らせんを描いて激しく鞭のように揺れます。溶媒が蒸発するあいだに、数千倍にも引き伸ばされます。
繊維を集める。 乾いた繊維は、接地されたコレクターの上に落ちます。ランダムなウェブなら平らな板、配向した繊維なら高速回転するドラム、工場なら移動する布です。そのあとマットをはがし、支持体にラミネートするか、医療用に滅菌します。

材料: ポリマーの溶液または融液:ナイロン、ポリエステル(PET)、PVDF、PAN、生分解性の PCL、PVA、コラーゲン、酢酸セルロース。セラミックの前駆体も
代表的な部品: 不織布(織らない、フェルト状)の繊維マット、布の上のフィルター層、チューブ、配向した糸
部品サイズ: 太さ数十ナノメートルから数ミクロンの繊維。マットは、実験室のサンプルから、幅数メートルの工業用ロールまで
精度: 寸法公差というものはない:レシピと条件で、繊維の直径とそのばらつきが決まる
表面仕上げ: 柔らかくフェルトのようなウェブで、表面積が非常に大きく、サブミクロンの粒子を捕らえる細かい孔がある
向いているロット数: 実験室の数グラムから、幅数メートルのロール・ツー・ロール生産ラインまで
金型・設備コスト: 実験室のセットアップは数千ドルから。産業用ラインははるかに高い
速度: 針1本では、1 時間あたり 1 グラムよりずっと少ない繊維しかできない。ニードルレスの工場ラインなら、布に連続でコーティングできる