Forschungsbereich

Biomaterialien

Elektrogesponnene Vliese

Das Electrospinning ist ein Verfahren zur Herstellung von Polymerfasern aus Polymerlösungen oder -schmelzen mit Faserdurchmessern im Bereich von einigen Nanometern bis zu wenigen Mikrometern.

Bei dieser Methode wird zwischen einer Düse und einem geerdeten Kollektor eine Hochspannung von 5-100 kV angelegt. Dabei werden auf der Oberfläche eines an der Düse austretenden Polymertropfens Ladungen induziert. Sobald die Oberflächenspannung des Polymertropfens durch das angelegte elektrische Feld überwunden wird, tritt ein dünner Flüssigkeitsstrahl aus, der in Richtung der Gegenelektrode beschleunigt wird. Auf dem Weg zur Gegenelektrode verdampft im Falle des Lösungsspinnens das Lösungsmittel (bzw. erstarrt die Polymerschmelze beim Melt Electrospinning), so dass feste Polymerfasern auf dem Kollektor abgeschieden werden.

Es können unterschiedlichste Materialien wie synthetische Polymere, Biopolymere, Polymerlegierungen, Blends und Kompositmaterialien zu Nano- und Mikrofasern unterschiedlicher Morphologien (z. B. glatt, strukturiert, porös) verarbeitet werden. Zusätzlich lassen sich Additive wie Nanopartikel, Wirkstoffe, Enzyme, Katalysatoren und Farbstoffe in die Fasern integrieren. Die erzeugten Vliesmaterialien zeichnen sich durch eine sehr große spezifische Oberfläche und hohe Porosität aus.

Auf dieser Basis ergeben sich vielfältige Einsatzgebiete für derartige Nanofaser-basierte Materialien zum einen für technische Anwendungen in den Bereichen Mikro- und Optoelektronik, Sensorik, Filtration und Katalyse. Zum anderen stellen Drug Delivery Systeme, mit denen Medikamente im Körper gezielt freigesetzt werden können, sowie artifizielle Gewebestrukturen für das Tissue Engineering, besonders interessante Felder medizinischer Applikationsmöglichkeiten für elektrogesponnene Materialien dar.
 

Wir sind in der Lage, Vliese aus Mikro- und Nano-Fasern bis zu einer Vliesgröße von 400 cm2 aus verschiedenen konventionellen Polymeren (z. B. Polyurethane, Polyester und Silikone) sowie aus einer Vielzahl an Biopolymeren mit unterschiedlichsten Zusätzen mittels Lösungs- oder Schmelzverfahren herzustellen. Die Generierung von elektrogesponnenen Röhrchen und anderen 3D-Formen, porösen Fasern, Mehrfaservliesen und Materialien mit Koaxial- sowie gerichteten Fasern ist bei uns Stand der Technik. Mit geeigneten Prozessparametern sind Faserstärken zwischen 40 nm und 15 µm einstellbar.

Zur Charakterisierung der Vliese werden neben der Bestimmung der Fasereigenschaften (Lichtmikroskopie, REM, EDX, XPS und Mechanik) für Anwendungen im medizinischen Bereich das Degradationsverhalten und die Wirkstofffreisetzung unter physiologischen Bedingungen sowie die Zytokompatibilität mit unterschiedlichen Zelllinien untersucht.


Dr. Torsten Walter
E-Mail
Telefon: +49 3641 282556

Dr. Ralf Wyrwa
E-Mail
Telefon: +49 3641 282512