Melt electrospinning
મેલ્ટ ઇલેક્ટ્રોસ્પિનિંગ એ ટીશ્યુ એન્જિનિયરિંગ, કાપડ અને ગાળણનો સમાવેશ કરતી એપ્લિકેશનો માટે પોલિમર મેલ્ટ્સમાંથી તંતુમય રચનાઓનું ઉત્પાદન કરવાની પ્રક્રિયા તકનીક છે. સામાન્ય રીતે, ઇલેક્ટ્રોસ્પિનિંગ પોલિમર મેલ્ટ અથવા પોલિમર સોલ્યુશન્સનો ઉપયોગ કરીને કરી શકાય છે. જો કે, મેલ્ટ ઇલેક્ટ્રોસ્પિનિંગ એ અલગ છે કે ફાઇબરનો સંગ્રહ ખૂબ જ કેન્દ્રિત કરી શકે છે; મૂવિંગ કલેક્ટર્સ સાથે જોડાઈને, મેલ્ટ ઇલેક્ટ્રોસ્પિનિંગ લેખન એ 3D પ્રિન્ટિંગ કરવાની એક રીત છે. અસ્થિર દ્રાવકનો ઉપયોગ થતો નથી, તેથી કેટલીક એપ્લિકેશનો માટે ફાયદા છે જ્યાં ઉત્પાદન દરમિયાન દ્રાવકની ઝેરી અને સંચય ચિંતાનો વિષય છે. મેલ્ટ ઇલેક્ટ્રોસ્પિનિંગનું પ્રથમ વર્ણન ચાર્લ્સ નોર્ટન દ્વારા 1936માં મંજૂર કરાયેલ પેટન્ટમાં કરવામાં આવ્યું હતું. આ પ્રથમ શોધ પછી, તે 1981 સુધી ન હતું કે મેલ્ટ ઇલેક્ટ્રોસ્પિનિંગને ત્રણ-પેપર શ્રેણીના ભાગ તરીકે વર્ણવવામાં આવ્યું હતું. 20 વર્ષ પછી 2001માં રેનેકર અને રંગકુપાન દ્વારા વેક્યૂમમાં મેલ્ટ ઇલેક્ટ્રોસ્પિનિંગ પર બેઠકનો સારાંશ પ્રકાશિત કરવામાં આવ્યો હતો. 2001 માં આ વૈજ્ઞાનિક પ્રકાશન પછી, આ વિષય પર સમીક્ષાઓ સહિત, મેલ્ટ ઇલેક્ટ્રોસ્પિનિંગ પર નિયમિત લેખો પ્રકાશિત થયા છે. 2011 માં, અનુવાદ સંગ્રાહક સાથે મેલ્ટ ઇલેક્ટ્રોસ્પિનિંગને 3 ડી પ્રિન્ટિંગના નવા વર્ગ તરીકે પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવ્યું હતું. સિદ્ધાંતો ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક ફાઇબર રેખાંકનનું સમાન ભૌતિકશાસ્ત્ર ઓગળેલા ઇલેક્ટ્રોસ્પિનિંગને લાગુ પડે છે. પોલિમર દ્રાવણની સરખામણીમાં પોલિમર ઓગળવાના ભૌતિક ગુણધર્મો અલગ પડે છે. પોલિમર ઓગળે છે અને પોલિમર સોલ્યુશન્સની સરખામણી કરતી વખતે, પોલિમર સોલ્યુશન્સ કરતાં પોલિમર સોલ્યુશન્સ સામાન્ય રીતે વધુ ચીકણું હોય છે, અને વિસ્તરેલ ઇલેક્ટ્રિફાઇડ જેટની જાણ કરવામાં આવી છે. પીગળેલા ઇલેક્ટ્રિફાઇડ જેટને મજબૂત કરવા માટે ઠંડકની પણ જરૂર પડે છે, જ્યારે સોલ્યુશન ઇલેક્ટ્રોસ્પિનિંગ બાષ્પીભવન પર આધાર રાખે છે. જ્યારે મેલ્ટ ઇલેક્ટ્રોસ્પિનિંગ સામાન્ય રીતે માઇક્રોન વ્યાસના રેસામાં પરિણમે છે, ત્યારે મેલ્ટ ઇલેક્ટ્રોસ્પિનિંગમાં ઇલેક્ટ્રિફાઇડ જેટનો માર્ગ અનુમાનિત હોઈ શકે છે. પરિમાણો તાપમાન સ્પિનરેટની ટોચ સુધી પીગળેલા પોલિમરની ખાતરી કરવા માટે લઘુત્તમ તાપમાન જરૂરી છે. સોલ્યુશન ઇલેક્ટ્રોસ્પિનિંગની સરખામણીમાં સ્પિનરેટ્સની લંબાઈ પ્રમાણમાં ટૂંકી હોય છે. પ્રવાહ દર ફાઇબર વ્યાસને નિયંત્રિત કરવા માટેનું સૌથી નોંધપાત્ર પરિમાણ એ છે કે સ્પિનરેટમાં પોલિમરનો પ્રવાહ દર-સામાન્ય રીતે, પ્રવાહ દર જેટલો ઊંચો હોય છે, ફાઇબરનો વ્યાસ તેટલો મોટો હોય છે. જ્યારે અહેવાલિત પ્રવાહ દર ઓછો હોય છે, ત્યારે તમામ પ્રવાહી ઇલેક્ટ્રોસ્પન એકત્રિત કરવામાં આવે છે, સોલ્યુશન ઇલેક્ટ્રોસ્પિનિંગથી વિપરીત જ્યાં દ્રાવકનો મોટો ભાગ બાષ્પીભવન થાય છે. મોલેક્યુલર વજન પોલિમર ઇલેક્ટ્રોસ્પન ઓગાળી શકે છે કે કેમ તે માટે મોલેક્યુલર વજન મહત્વપૂર્ણ છે. રેખીય સજાતીય પોલિમર માટે, ઓછું પરમાણુ વજન (30,000 ગ્રામ/મોલથી ઓછું) તૂટેલા અને નબળી ગુણવત્તાના રેસામાં પરિણમી શકે છે. ઉચ્ચ પરમાણુ વજન (100,000 ગ્રામ/મોલથી વધુ) માટે, પોલિમર સ્પિનરેટમાંથી વહેવું ખૂબ જ મુશ્કેલ હોઈ શકે છે. ઘણા ઓગળેલા ઇલેક્ટ્રોસ્પન તંતુઓ 40,000 અને 80,000 ગ્રામ/મોલ વચ્ચેના પરમાણુ વજનનો ઉપયોગ કરે છે અથવા નીચા અને ઉચ્ચ પરમાણુ વજનના પોલિમરનું મિશ્રણ છે. વોલ્ટેજમાં ફેરફાર કરવાથી પરિણામી ફાઇબર વ્યાસ પર મોટી અસર થતી નથી, જો કે એવું નોંધવામાં આવ્યું છે કે ઉચ્ચ ગુણવત્તાની અને સુસંગત ફાઇબર બનાવવા માટે મહત્તમ વોલ્ટેજની જરૂર છે. ઇલેક્ટ્રોસ્પિનને ઓગળવા માટે 0.7kV થી 60kV સુધીના નીચા વોલ્ટેજનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો છે. ઉપકરણ વિવિધ મેલ્ટ ઇલેક્ટ્રોસ્પિનિંગ મશીનો બનાવવામાં આવ્યા છે, જેમાં કેટલાક ઊભી રીતે અને કેટલાક આડી રીતે માઉન્ટ થયેલ છે. પોલિમરને ગરમ કરવાનો અભિગમ અલગ અલગ હોય છે અને તેમાં વિદ્યુત હીટર, ગરમ હવા અને ફરતા હીટરનો સમાવેશ થાય છે. ઇલેક્ટ્રોસ્પિનિંગને ઓગળવાનો એક અભિગમ ઘન પોલિમર ફિલામેન્ટને લેસરમાં ધકેલવાનો છે, જે પીગળી જાય છે અને ઇલેક્ટ્રોસ્પન થાય છે. થર્મોસેટ (જેમ કે બેકેલાઇટ) અને જૈવિક રીતે મેળવેલા પોલિમર (જેમ કે કોલેજન) ને બાદ કરતાં ગલનબિંદુ અથવા કાચ સંક્રમણ તાપમાન (ટી. જી.) દર્શાવતા પોલિમર ઇલેક્ટ્રોસ્પિનિંગ માટે જરૂરી છે. પોલિમર ઓગળેલા ઇલેક્ટ્રોસ્પનમાં અત્યાર સુધીમાં નીચેનાનો સમાવેશ થાય છેઃ પોલીકેપ્રોલેક્ટોન પોલીલેક્ટિક એસિડ પોલી (લેક્ટાઇડ-કો-ગ્લાયકોલાઇડ) પોલી (મિથાઈલ મેથાક્રિલેટ) પોલીપ્રોપીલીન પોલિઇથિલિન પોલી (કેપ્રોલેક્ટોન-બ્લોક-એથિલીન ગ્લાયકોલ) પોલીયુરેથીન આ પોલિમર સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતા પોલિમરના ઉદાહરણો છે, અને વધુ વ્યાપક સૂચિ અન્યત્ર મળી શકે છે. સોલ્યુશન ઇલેક્ટ્રોસ્પિનિંગના મેલ્ટ ઇલેક્ટ્રોસ્પિનિંગ મિરરના સંભવિત ઉપયોગોનો ઉપયોગ કરે છે. પોલિમર પર પ્રક્રિયા કરવા માટે દ્રાવકનો ઉપયોગ ન કરવો પેશી ઇજનેરી કાર્યક્રમોમાં મદદ કરે છે જ્યાં દ્રાવક ઘણીવાર ઝેરી હોય છે. વધુમાં, પોલીપ્રોપીલીન અથવા પોલિઇથિલિન જેવા કેટલાક પોલિમર સહેલાઈથી ઓગળતા નથી, તેથી પીગળેલા ઇલેક્ટ્રોસ્પિનિંગ એ તેમને તંતુમય પદાર્થમાં ઇલેક્ટ્રોસ્પિન કરવાનો એક અભિગમ છે. ટીશ્યુ એન્જિનિયરિંગ મેલ્ટ ઇલેક્ટ્રોસ્પિનિંગનો ઉપયોગ ટીશ્યુ એન્જિનિયરિંગ સંશોધન માટે બાયોમેડિકલ સામગ્રી પર પ્રક્રિયા કરવા માટે થાય છે. અસ્થિર દ્રાવકો ઘણીવાર ઝેરી હોય છે તેથી દ્રાવકોને ટાળવાથી આ ક્ષેત્રમાં ફાયદા થાય છે. પીગળેલા ઇલેક્ટ્રોસ્પન રેસાનો ઉપયોગ "બાયમોડલ ટીશ્યુ સ્કેફોલ્ડ" ના ભાગ રૂપે કરવામાં આવતો હતો, જ્યાં માઇક્રોન-સ્કેલ અને નેનો-સ્કેલ ફાઇબર બંને એક સાથે જમા કરવામાં આવતા હતા. મેલ્ટ ઇલેક્ટ્રોસ્પિનિંગ દ્વારા બનાવવામાં આવેલા સ્કેફોલ્ડ્સને કોષો સાથે સંપૂર્ણપણે પ્રવેશી શકાય છે, જે બદલામાં સ્કેફોલ્ડની અંદર બાહ્યકોષીય મેટ્રિક્સ ઉત્પન્ન કરે છે. ડ્રગ ડિલિવરી મેલ્ટ ઇલેક્ટ્રોસ્પિનિંગ પણ ડ્રગ ડિલિવરી માટે ડ્રગ-લોડેડ ફાઈબર્સ ઘડવામાં સક્ષમ છે. તે ફાર્માસ્યુટિકલ ટેકનોલોજીના ક્ષેત્રમાં એક આશાસ્પદ નવી રચના તકનીક છે જે ઉન્નત અથવા નિયંત્રિત દવા વિસર્જન સાથે આકારહીન નક્કર વિખેરણો અથવા નક્કર ઉકેલો તૈયાર કરે છે કારણ કે તે ઓગળેલા નિષ્કર્ષણના ફાયદાઓને જોડી શકે છે (દા. ત. દ્રાવક-મુક્ત, અસરકારક અમોર્ફિઝેશન, સતત પ્રક્રિયા) અને દ્રાવક-આધારિત ઇલેક્ટ્રોસ્પિનિંગ (સપાટીના વિસ્તારમાં વધારો). મેલ્ટ ઇલેક્ટ્રોસ્પિનિંગ લેખન મેલ્ટ ઇલેક્ટ્રોસ્પિનિંગ દ્વારા બનાવવામાં આવેલ વિદ્યુતકૃત પીગળેલું જેટ વધુ અનુમાનિત માર્ગ ધરાવે છે, અને પોલિમર રેસાને કલેક્ટર પર ચોક્કસપણે જમા કરી શકાય છે. જ્યારે સંગ્રાહકને પૂરતી ઝડપે ખસેડવામાં આવે છે (જેને નિર્ણાયક અનુવાદ ઝડપ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે), ત્યારે સીધા ઓગળેલા ઇલેક્ટ્રોસ્પન રેસાને સ્તર અભિગમ પર સ્તરમાં જમા કરી શકાય છે. આ જટિલ, સુવ્યવસ્થિત માળખાઓના નિર્માણ માટે સક્ષમ બનાવે છે. આ સંદર્ભમાં મેલ્ટ ઇલેક્ટ્રોસ્પિનિંગ રાઇટિંગ (એમ. ઇ. ડબલ્યુ.) ને 3ડી પ્રિન્ટિંગનો વર્ગ ગણી શકાય. મેલ્ટ ઇલેક્ટ્રોસ્પિનિંગ લેખન કાં તો અનુવાદિત સપાટ સપાટી અથવા ફરતા નળાકાર/મેન્ડરેલનો ઉપયોગ કરીને કરવામાં આવ્યું છે. મોટાભાગના પોલિમર કે જે મેલ્ટ-ઇલેક્ટ્રોસ્પન હોઈ શકે છે તે પણ લખી શકાય છે એમ ધારીને કે પરિમાણોને એવી રીતે ટ્યુન કરી શકાય છે કે જેથી સ્થિર જેટ ઉત્પન્ન થાય. પોલીવિનિલિડીન ડિફ્લુરાઇડ (PVDF) જેવા પીઝોઇલેક્ટ્રિક પોલિમર પણ MEW દ્વારા પ્રક્રિયા કરી શકાય તેવું દર્શાવવામાં આવ્યું છે, જે 3D પ્રિન્ટેડ સેન્સર, સોફ્ટ રોબોટિક્સ અને બાયોફેબ્રિકેશનમાં વધુ એપ્લિકેશનોમાં સંભવિત એપ્લિકેશનો ખોલે છે. સંદર્ભો પોલિમર ભૌતિકશાસ્ત્ર