Elektrospinnen von Nanofasern

Hintergrund

Polymere Nanofasern kommen für eine Vielzahl an Anwendungen in Frage. Hierzu gehören z.B. Tissue Engineering, Verstärkung von Materialien, Spezialfilter und Sensoren. Die Fasern eignen sich zudem als Template für Mikro- und Nanoröhrchen.

Elektrospinn-Verfahren (ES)

Ultradünne, polymere Nanofasern mit Durchmessern bis zu wenigen Nanometern können über den Elektrospinn-Prozeß erhalten werden. Dazu wird ein starkes elektrisches Feld an einen Tropfen einer Polymerlösung oder -schmelze angelegt. Durch die Oberflächenladung des Tropfens bildet sich ein Jet in Richtung der Gegenelektrode aus, sobald das elektrische Feld die Oberflächenspannung und die Viskosität der Lösung überwindet. Das Lösungsmittel verdunstet und auf der Gegenelektrode werden Fasern mit typischen Durchmessern von einigen hundert Nanometern abgeschieden. Mittels ES können eine Vielzahl an Polymeren, wie z.B. Polyamide, Polylactid oder Cellulosederivate versponnen werden, dies ist auch für wasserlösliche Polymere wie Polyethylenoxid möglich. Auch Blends und Polymere mit Nanopartikeln oder funktionellen Gruppen können zu Fasern verarbeitet werden.

Elektrospinn-Aufbau	konzentrische Doppeldüse

Nanofasern durch Elektrospinn-Verfahren

Durch Auswahl der geeigneten Prozessparameter wie Oberflächenspannung, Viskosität, Leitfähigkeit, Konzentration der Lösung, Molekulargewicht und angelegte Feldstärke können Fasern mit wenigen Nanometern Durchmesser erhalten werden.

Elektrogesponnene Nanofasern mit menschlichem Haar

Gegenwärtige Forschung

1. Evaluierung der intrinsischen Ordnung und Kristallorientierung in Nanofasern
2. Kontrolle der Oberflächentopologie der Fasern durch Phasenseparationsprozesse während des Spinnvorgangs
3. Einführen von funktionellen Elementen wie Katalysatoren, Halbleitern, Quantenstrukturen und metallischen Nanopartikeln
4. Tissue Engineering durch Verwendung von biokompatiblen Polymeren

Orientierung von Polylactid-Nanofasern, Nanofasern mit spezieller Oberflächentopologie

• Electrospun Nanofibers, Internal Structure and Intrinsic Orientation. R. Dersch; T. Liu; A. Schaper; J.H. Wendorff, Polym. Sci. Pol. Chem. 41, 543 (2003).
• Preparation of Fibers With Nanoscaled Morphologies: Electrospinning of Polymer Blends. M. Bognitzki; T. Frese; M. Steinhart; A. Greiner; J.H. Wendorff, Polym. Eng. Sci. 41, 6, 982-989 (2001).
• Nanostructured Fibers Via Electrospinning. M. Bognitzki; W. Czado; T. Frese; A. Schaper; M. Hellwig; M. Steinhart; A. Greiner; J.H. Wendorff. Adv. Mater. 13, 1, 70-73 (2001).
• Submicrometer shaped polylactide fibers by electrospinning. M. Bognitzki; T. Frese; J.H. Wendorff; A. Greiner, Polym. Mater. Sci. Eng. 82, 115-116 (2000).