MOTIVAÇÃO E ENQUADRAMENTO

Esta proposta de dissertação de mestrado insere-se no projecto de montagem, automatização e controlo de um sistema de Electrospinning, solicitado pelo Departamento de Física da Universidade do Minho.
A recente redução de dimensões das diversas tecnologias usadas em ramos como microtecnologias, biomateriais, indústria têxtil ou até mesmo aplicações energéticas para o nível micrométrico ou nanométrico,  traduz-se uma necessidade de fabrico de estruturas nanofibrilares a partir de processos como o Electrospinning [1]. A preparação de fibras nas escalas referidas e com disposições pertinentes, a partir de um campo eléctrico criado entre a ponta de uma seringa e um colector, permite o estudo de diversos parâmetros considerados relevantes na projecção das aplicações ambicionadas [2].
Os princípios básicos deste sistema Electrospinning são o controlo do fluxo da solução polimérica e da diferença de potencial aplicada, assim como, a orientação das nanofibras tornando-se desta forma a motivação para este tema de dissertação.

ESTADO DA ARTE

Dentro da comunidade científica, é reconhecido desde o início do século XX que forças electrostáticas aplicadas a uma solução podem ser usadas para criar fibras sintéticas. Rayleigh e Zeleny investigaram este fenómeno independentemente, mas a primeira patente de electrospinning foi desenvolvida por A. Formahals em 1934, para a produção de filamentos poliméricos usando forças electrostáticas [3]. Desde então, este método simples e de baixo custo para a produção de nanofibras, com diâmetros que variam dos nanometros aos micrometros, tem atraído muita atenção principalmente na década passada com o aparecimento de potenciais aplicações [4].
O processamento de nanofibras poliméricas pode ser efectuado por várias técnicas como Drawing [5], Template Synthesis [6], Phase Separation, Self-Assemby [7] e Electrospinning [8]. Comparativamente a todas estas técnicas de conversão de polímeros em nanofibras, o processo designado Electrospinning é o que apresenta um crescente potencial para o processamento industrial, além de concorrer também com um avanço tecnológico na área laboratorial. Esta técnica diferencia-se ainda das técnicas enunciadas pela sua capacidade de escalonabilidade, repetibilidade, e pelo controlo da dimensão das fibras [9].
Existem muitas aplicações potenciais para as fibras geradas pela técnica de Electrospinning, especialmente no campo da nanotecnologia, que tem evoluído fortemente nos recentes anos. A técnica de Electrospinning apresenta um enorme potencial para a criação de estruturas nonofibrilares para aplicações biomédicas e electrónicas. Algumas das possíveis aplicações biomédicas são wound dressing, tissue scaffolding, artificial blood vessels, e drug delivery systems [9,10,11,12]. No campo electrónico, os materiais produzidos tem possíveis aplicações em sensores, baterias, células de armazenamento, fibras condutoras, células solares e supercondensadores.
Quando se produzem fibras a partir do processo Electrospinning, os objectivos são produzir fibras longas e contínuas com diâmetros uniformes e sem poros ou defeitos. Existem muitas variáveis que produzem efeito no processo de Electrospinning e na morfologia final da fibra, principalmente no diâmetro final e na presença/ausência de fibras “frisadas”. Estes parâmetros podem ser divididos em três categorias: variáveis do processo, propriedades da solução e, condições do ambiente.
As variáveis do processo que afectam as propriedades das fibras são: a tensão aplicada, a distância do eléctrodo ao colector terra e a taxa de fluxo da solução.
As propriedades críticas da solução são a tensão da superfície, viscosidade, condutividade, e a permeabilidade dieléctrica. Estas propriedades dependem do tipo de polímero, concentração, e a solução usada; contribuem para o comportamento do jacto (estabilidade) e a morfologia final da fibra.
Por último, as condições ambientais que afectam o processo de Electrospinning são a temperatura do ar envolvente, humidade e velocidade [10].

PLANO DE TRABALHOS DO MESTRANDO

A dissertação organiza-se nas seguintes fases:

1.Pesquisa sobre o “estado da arte” de Sistemas de Electrospinning e outros métodos de produção de nanofibras.
2.Estudo dos manuais da “Syringe Pump”e a sua comunicação com o computador.
3.Planeamento da automatização do Sistema Electrospinning.
4.Implementação da comunicação da “Syringe Pump”, da fonte de alta tensão CC, dos motores de passo, e o motor monofásico de velocidade variável, com sistema de controlo. E também o controlo da humidade e temperatura.
5.Desenvolvimento de um interface gráfico em LabView para introdução, alteração e registo dos parâmetros associados ao sistema a ser controlado.
6.Realização de testes ao Sistema de Electrospinning desenvolvido.
7.Utilização do Sistema desenvolvido num projecto para fabrico de uma determinada nanofibra (caso de estudo).
8.Escrita da dissertação de Mestrado.

REFERÊNCIAS

[1] Agarwal, S., Wendorff, j., e Greiner, A., “Progress in the Field of Electrospinning for Tissue Engineering Applications”, 2009, Advanced Materials, Department of Chemistry and Scientific Center for Materials Science, Philipps-University Marburg.
[2] Ishii, Y., Sakai, H., Murata, H., “A new electrospinning method to control the number and a diameter of uniaxially aligned polymer fibers”, 2008, School of Materials Science, Japan Advanced Institute of Science and Technology (JAIST), Materials Letters.
[3] D. Li and Y. Xia, Advanced Materials 16, 1151 (2004).
[4] D.H. Reneker, I. Chun, Nanotechnology 7 (1996) 216.
[5] Akihiro Suzuki, Ken Tanizawa, “Poly (ethylene terephthalate) nanofibers prepared by CO2 laser supersonic drawing”, Polymer, 2008, Interdisciplinary Graduate School of Medicine and Engineering, University of Yamanashi.

[6] Yang Ning, Wang Jianhua, Guo Yuzhong, Zhou Xiaolong, “SnO2 Nanofibers Prepared by Sol-Gel Template Method”, Rare Metal Materials and Engineering, 2008, 37(4): 0694-0696.

[7] Susan Liao, Guofu Xu, Wei Wang, Fumio Watari, Fuzhai Cui, Seeram Ramakrishna, Casey K. Chan, “Self-assembly of nano-hydroxyapatite on multi-walled carbon nanotubes”, Acta Biomaterialia 3 (2007) 669–675.

[8] Audrey Frenot, IoannisS. Chronakis, “Polymer nanofibers assembled by electrospinning”, Current Opinion in Colloid and Interface Science 8 (2003) 64–75, Swedish Institute for Fiber and Polymer Research.

[9] Ramakrishna, S., Fujihara, K., Teo, W. E., Lim, T.C., e Ma Z., 2005, “An introduction to Electrospinning and Nanofibers”, National University of Singapore, ISBN 981-256-454-3, pp.7-15.
[10] Doshi, J., and Reneker, D. H., 1995, "Electrospinning Process and Applications of
Electrospun Fibers," Journal of Electrostatics, 10(3) pp. 151-160.
[11] Bognitzki M, Czado W. Adv Mater 2001; 13 (1): 70.
[12] Jim HJ, Fridrikh SV, Rutledge GC, Kaplan DL. Biomacromolecules 2002; 3: 1233.