ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СОСТАВА ПРЯДИЛЬНОГО РАСТВОРА НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НАНОВОЛОКНИСТЫХ

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СОСТАВА ПРЯДИЛЬНОГО РАСТВОРА
НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НАНОВОЛОКНИСТЫХ
МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ПОЛИКАПРОЛАКТОНА
Г.П. Любунь, Н.О. Бессуднова
Саратовский государственный университет им. Н. Г. Чернышевского
E-mail : lyubungp@gmail.com
Одной из актуальных задач клинической стоматологии является
восстановление или замещение поврежденных или утраченных твердых
тканей зуба [1].
Одним из перспективных путей в решении этой проблемы является
создание трансплантатов, по составу, морфологии и функциям близких к
органам и тканям человеческого организма. В качестве материала для
разработки
таких
трансплантатов
предлагается
использовать
биосовместимые полимерные нановолокна [2,3].
При производстве полимерных волокон наноразмерного диаметра
традиционно применяеется технология электроформования.
Целью настоящего исследования является изучение влияние различных
растворителей, используемых при производстве наноразмерных волокон из
полимера поликапролактона, на механические свойства материала.
1. Материал и методы.
В настоящем исследовании для подготовки экспериментальных
образцов нетканого волокна использовался полимер поликапролактон
(70000-80000 Mn, "Sigma-Aldrich»).
Для исследования влияния растворителей на механические свойства
материала было изготовлено два типа прядильных растворов:
 Раствор 1
Для приготовления прядильного раствора в смесь N,NДиметилформамида и хлористого метилена (в массовом соотношении 23:77)
помещался поликапролактон; смесь перемешивалась в течение 2 часов при
комнатной температуре до получения однородного раствора.
 Раствор 2
Для приготовления прядильного раствора в смесь химически чистых
уксусной и муравьиной кислот (в массовом соотношении 1:1) помещался
поликапролактон; смесь перемешивалась в течение 1 часа при комнатной
температуре до получения однородного раствора.
Электроформование проводилось на установке Nanospider NSlab200,
“Elmarco”.
Параметры
электроформования,
используемые
в
настоящем
исследовании, приведены в таблице 1.
Таблица 1. Параметры электроформования
Ускоряющее напряжение
Сила тока
Расстояние между электродами
Скорость вращения электрода
Относительная влажность воздуха в
камере
Температура воздуха в камере
70 kV
100 mA
140.0 cm
7.1 об/мин
25%
35 °С
Для исследования поверхностной морфологии волокна применялся
аналитический комплекс на базе растрового электронного микроскопа
высокого разрешения Mira\\LMU, “Tescan”.
Для изучения механических свойств двух видов произведенного
материала были изготовлены образцы в виде полосок прямоугольной формы.
Механические испытания образцов проводились на одноколонной
испытательной машине Instron 3342, “Instron”. Исследовались предельные
значения нагрузок и относительного удлинения образцов при его
равномерном приращении.
2. Ход работы и результаты.
При проведении механических испытаний выбирались однородные участки
материала без включений. Примеры РЭМ изображений поверхностной
морфологии материала, произведенного с использованием двух типов
растворов, представлены на рис. 1. Диаметр волокон образцов материала,
полученного с использование раствора 1, составлял 400-600 нм, в то время
как при использовании раствора 2 - от 100 до 120нм.
Рис. 1. РЭМ изображения морфологии поверхности материала с
использованием раствора 1 при увеличении 20kx (слева) и
раствора 2 при увеличении 45kx (справа)
Подготовленные образцы подвергались деформации растяжения. На
рис. 2,3 представлены зависимости нагрузки от относительного удлинения
для наборов образцов, полученных из растворов 1 и 2, соответственно.
Предельные значения относительного удлинения l/l0 и нагрузки Р,
при которых происходит разрыв образцов, а также значения модуля Юнга
для материалов 1 и 2 собраны в таблицах 2 и 3.
Рис. 2. Зависимости нагрузки от относительного удлинения образцов (материал 1)
Таблица 2. Механические характеристики материала 1
Материал 1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Δl/l0
0,863
0,591
0,899
0,824
0,911
1,253
0,726
1,005
0,659
1,026
1,220
0,848
0,721
0,385
0,315
<Δl/l0>
0,816
P, MPa <P>, MPa E, MPa <E>, MPa
1,862
1,255
1,805
1,642
1,853
1,338
1,058
1,355
0,996
1,344
1,336
0,799
0,98
1,160
1,063
1,862
11,830
9,417
11,732
11,378
12,872
5,661
5,433
2,248
5,893
5,379
2,581
3,245
8,416
10,645
7,148
7,592
Рис. 3. Зависимости нагрузки от относительного удлинения образцов (материал 2)
Материал 2 Δl/l0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
0,361
0,457
0,614
0,487
0,531
0,403
0,495
0,474
0,370
0,335
0,423
0,331
0,453
0,434
0,467
Таблица 3. Механические характеристики материала 2
<Δl/l0>
P, MPa <P>, MPa E, MPa <E>, MPa
0,442
12,087
13,930
16,244
13,586
16,284
11,537
15,413
12,975
10,266
9,502
11,843
9,507
11,408
12,058
14,979
12,775
41,606
36,618
34,838
34,282
37,104
34,799
37,684
33,845
31,399
32,190
41,420
42,650
36,418
45,696
45,789
37,756
Результаты проведенных испытаний указывают на то, что исследуемые
материалы
обладают
удовлетворительными
механическими
характеристиками. Выявлено влияние вида растворителя в составе
прядильного раствора на механические свойства производимых материалов.
При использовании прядильного раствора с растворителем из смеси N,N -
Диметилформамида и хлористого метилена изготовленный материал
характеризуется значениями относительного удлинения, в два раза
превышающими таковые значения материала, при производстве которого в
качестве растворителя использовалась смесь химических чистых муравьиной
и уксусной кислот. Следует отметить, что прочностные и упругие
характеристики двух видов материалов, произведенных с применением
указанных выше растворителей, находятся в обратной зависимости.
Таким образом, управляя компонентами в составе прядильного
раствора, можно производить материалы с требуемыми механическими
свойствами.
Библиографический список
1.
Demarco F. F., Conde M. C. M., Cavalcanti B. N., Casagrande L., Sakai V. T., Nör J. E.
Dental Pulp Tissue Engineering // Braz Dent J. 2011. Vol. 22, №1. P. 3 – 14.
2.
Gelain F, Panseri S., Antonini S. and others. Transplantation of Nanostructured
Composite Scaffolds Results in the Regeneration of Chronically Injured Spinal Cords.// ACS
Nano. 2011. V.5. N.1. P. 227-236. DOI: 10.1021/nn102461w
3.
Honda M., Ueda M., Kagami H. Evaluation of scaffold materials for tooth tissue
engineering.// Journal of Biomedical Materials Research. 2010. Part A. V. 94A. N. 3, P. 800–
805.
Сведения об авторах
Любунь Герман Павлович – аспирант, дата рождения: 03.10.1990г.
Бессуднова Надежда Олеговна – к.ф. – м.н., доцент, дата рождения:
27.03.1974г.
Вид доклада: стендовый (/ устный)