Progettazione e realizzazione di un apparato di electrospinning per la realizzazione di microtubi in PCL

Negli ultimi anni, alle già numerose strutture realizzate mediante electrospinning, si sono aggiunti i microtubi e nanotubi. Tali strutture consistono in veri e propri tubi formati da uno strato di fibre che possono o meno essere orientate nella direzione di rotazione dell’elettrodo di terra (a volte chiamato anche mandrino o mandrel in inglese). Matthews et al. hanno dimostrato che l’orientazione delle fibre che formano il microtubo dipende dalla velocità di rotazione del mandrino, studiando tale effetto sulle fibre di collagene. Matthews trovò che per velocità di rotazione inferiore ai 500 rpm si ottenevano fibre di collagene non orientate anche se organizzate per formare un tubo. Tuttavia quando la velocità di rotazione raggiungeva i 4500 rpm le fibre di collagene mostravano un significativo orientamento nella direzione di rotazione del mandrino. Vi è da osservare che la velocità di rotazione da imporre al sistema non è univoca ma dipende dai parametri che governano il sistema, di cui abbiamo parlato nel primo capitolo. L’orientazione delle fibre ha un significativo effetto sulle proprietà meccaniche del microtubo; infatti, i maggiori valori di carico a rottura vengono registrati nella direzione di orientazione delle fibre, mentre i minori nella direzione ortogonale (comportamento anisotropo). Kim et al hanno invece analizzato l’effetto della velocità di rotazione del mandrino sulla cristallinità del PET. Utilizzando la microscopia ai raggi X notarono che all’aumentare della velocità di rotazione il materiale presentava un maggior carattere cristallino, dovuto al processo di ricristallizzazione durante la fase di stiro. Sebbene le proprietà meccaniche del tubo (nella direzione di rotazione del mandrino) aumentino all’aumentare della velocità di rotazione del mandrino, questo è vero fino ad un valore di soglia, oltre il quale le fibre invece di orientarsi si spezzano, compromettendo così le proprietà meccaniche. Fin qui si è analizzato l’effetto della velocità sull’orientazione delle fibra, ma non è l’unico parametro da tenere in considerazione. Presenza di fibre non orientate, alle alte velocità, è da attribuire alla polarizzazione delle fibre appena spinnate, che va ad ostacolarne l’orientazione.Per ovviare a tale problematica si può cercare di ridurre il percorso del getto oppure adottare un campo elettrico variabile (al posto del tradizionale generatore di tensione in DC si utilizza un generatore di tensione in AC). Operare con un campo elettrico variabile presenta due vantaggi:
-Eliminazione del problema del residuo di carica sulle fibre appena spinnate;
-Minore presenza di instabilità lungo il getto.
Questo permette alle fibre di essere avvolte sul mandrino rotante con maggiore facilità senza perdere l’orientazione.In ultima osservazione, si fa notare che qualora si operi in questa modalità, tra i parametri di processo, entra anche la frequenza, complicando ulteriormente la messa a punto del sistema.I microtubi così realizzati sono ampiamente applicati come scaffold 3D in ingegneria dei tessuti, drug delivery, filtri micrometrici, per immobilizazione enzimatica, per protesi vascolari (riusciamo ad arrivare a diametri interni dell’ordine del micron), ingegneria ambientale, difesa e sicurezza, stoccaggio di energia, ecc …