تخمین و بهینه‌سازی خواص فیزیکی لایه نانولیفی الکتروریسی‌شده بر پایه پلی‌(لاکتیک-گلیکولیک اسید) (PLGA)

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 قم، دانشگاه حضرت معصومه (س)، کد پستی 3736175514

2 تهران، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، دانشکده مهندسی نساجی، صندوق پستی 4413-15875

چکیده

فرضیه: خواص فیزیکی لایه نانولیفی الکتروریسی‌شده اثر بسزایی بر رفتار لایه در برهم‌کنش با سطوح دیگر همچنین بر کارایی آن در کاربردهای مختلف دارد. بنابراین تعیین و پیش‌بینی این خواص ساختاری با استفاده از عامل‌های کنترل‌‌پذیر در فرایند الکتروریسی اهمیت ویژه‌ای خواهد داشت. بر این اساس در این پژوهش با استفاده از روابط ریاضی هر یک از خواص ساختاری لایه نانولیفی شامل تخلخل لایه، قطر و تخلخل الیاف تخمین زده شد. همچنین با استفاده از روش سطح پاسخ، یک مدل آماری برای پیش‌بینی و بهینه‌سازی عامل‌های ورودی و مقدار تخلخل لایه و لیف ارائه شد.
روش‌ها: برای تولید لایه‌های نانولیفی از پلی(‌لاکتیک‌-گلیکولیک اسید) استفاده شد. پس از تعیین و بهینه‌سازی مجموعه عوامل اثرگذار فرایند الکتروریسی بر خواص ساختاری لایه، هجده نوع لایه نانولیفی تهیه شد. با در نظرگرفتن اثر ترکیبی سه عامل الکتروریسی شامل غلظت محلول، سرعت خطی جمع‌کننده و رطوبت محیط، از روش سطح پاسخ برای بهینه‌سازی و از رگرسیون به‌منظور مدل‌سازی و تعیین رابطه بین متغیرها استفاده شد.
یافته‌ها: در بررسی روابط ریاضی حاصل بین عامل‌های ورودی و مشخصه‌های ساختاری لایه می‌توان بیان داشت، غلظت محلول مؤثرترین عامل بر قطر الیاف و تخلخل لایه است و سرعت جمع‌کننده مؤثرترین عامل بر تخلخل الیاف است. در بررسی مدل‌های سطح پاسخ، مقادیر بهینه عامل‌های اولیه به‌ترتیب برای غلظت محلول، درصد رطوبت محیط و سرعت جمع‌کننده بر اساس مدل طراحی‌شده تخلخل لیف، به‌ترتیب عبارت از 2w/v%، %45 و o.4m/s هستند و بر اساس مدل طراحی‌شده تخلخل لایه، عبارت از 3w/v%، %45 و 2.4m/s هستند. مقدار پاسخ بهینه پیش‌بینی‌شده برای تخلخل لیف و تخلخل لایه نیز به‌ترتیب عبارت از 0.342 و 0.989 است که اختلاف چندانی با مقادیر تجربی حاصل از این نقاط ندارند. لایه نانولیفی معرفی‌شده به‌کمک هر یک از این مدل‌ها، بیشترین تخلخل را ایجاد کرده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Estimation and Optimization of Physical Properties of Electrospun PLGA Nanofibrous Mat

نویسندگان [English]

  • Fatemeh Zamani 1
  • Mohammad Amani-Tehran 2
  • Masoud Latifi 2
1 Hazrat-e Masoumeh University, Postal Code 3736175514, Qom, Iran
2 Department of Textile Engineering, Amirkabir University of Technology, P.O. Box 15875-4413, Tehran, Iran
چکیده [English]

Hypothesis: The physical properties of electrospun nanofibrous mats have a significant effect on the behavior of electrospun mat in interaction with other surfaces, as well as on its efficiency in various applications. Therefore, determining and predicting these structural properties using controllable factors in the electrospinning process are of particular importance. On this basis, in the present research each of the structural properties of nanofibrous mat, including mat porosity, diameter and porosity of fiber, were estimated using mathematical relationships. Also, the prediction and optimization of input factors and the porosity of the mat and fibers were performed using the response surface methodology (RSM).
Methods: Poly(lactic-glycolic-acid) was used to produce nanofibrous mats. After the determination and optimization of the electrospinning process factors, which influence the structural properties of nanofibrous mats, 18 types of mats were prepared. Considering the combined effect of three electrospinning factors, including solution concentration, humidity and collector linear speed, RSM and regression methods were used to optimize and model the relationship between variables and mat properties, respectively.
Findings: Based on the mathematical relationships between the input factors and the structural characteristics of the mat, it can be revealed that the concentration is the most effective factor on the fiber diameter and mat porosity, and the collection speed is the most effective factor on the fiber porosity. According to the RSM models, the optimized values for the initial factors of concentration, humidity and collection speed based on the model designed for fiber porosity are 2% (w/v), 45% and 0.4 m/s, and based on the model designed for mat porosity are 3% (w/v), 45% and 2.4 m/s, respectively. The predicted optimized values of fiber porosity and mat porosity are 0.342% and 0.989%, respectively, which are not much different from the experimental values obtained from these points. The nanofibrous mat introduced by each of these models has created the most porosity. 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nanofibrous mat
  • electrospinning
  • physical properties
  • optimization
  • Estimation of mathematical relations