Eletrofiação

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Eletrofiação (português brasileiro) ou Electrospinning (Inglês estadunidense) é uma técnica de produção de fibras com diâmetros em escala nanométrica (nanofibras) ou micrométrica . É considerada uma poderosa ferramenta por ser um método simples, barato e versátil, importante para a fabricação de produtos ou estruturas que dependem da área de superfície elevada,[1][2] alta porosidade e funcionalidade de superfície.[3] Tem sido utilizada com sucesso em diversas áreas: biotecnologia, farmacêutica, produção de nanocatalisadores, engenharia ambiental, segurança, medicina, em especial na engenharia de tecidos.[4]

História[editar | editar código-fonte]

O termo Eletrofiação ou Electrospinning é utilizado apenas a partir da década de 90, mas sua origem remonta a muito mais tempo.[4]

A eletrofiação foi observada pela primeira vez em 1897 por Rayleigh, posteriormente estudada com mais detalhes por Zeleny[5] em 1914. De 1934 a 1944, Formhals publicou uma série de patentes descrevendo a montagem experimental para a produção de filamentos poliméricos utilizando a força eletrostática.[4]

Cerca de 50 patentes de eletrofiação de polímeros foram publicadas nos últimos 60 anos.[6]

No ínício da década de 1950, Vonnegut e Newbauer[7] desenvolveram um aparelho simples para a atomização elétrica produziram fluxos de gotas eletrificadas altamente uniformes com cerca de 0,1 mm de diâmetro. Posteriormente, em 1955, Drozin[8] investigaram a dispersão de uma série de líquidos em aerossóis sob altos potenciais elétricos e Simons em 1966 patenteou um aparelho para a produção de estruturas ultra finas, muito leve e com padrões diferentes.[4] Em 1971, Baumgarten[9] (1971) inventaram um aparelho para eletrofiar fibras de acrílico com diâmetros na faixa de 0,05 à 1,1 μm.

A partir da década de 80 e, especialmente, nos últimos anos, o processo de eletrofiação tem chamado mais atenção, provavelmente devido a um interesse crescente em nanotecnologia,  a partir da possibilidade de produção de fibras ultrafinas de vários polímeros com diâmetros em escala nanométrica e a facilidade no processo.[10] Mais de 200 universidades e centros de pesquisa em todo mundo tem estudado vários parâmetros do processo de eletrofiação e o número de patentes tem crescido a cada ano. Algumas empresas já estão ativamente utilizando os benefícios da eletrofiação e suas vantagens oferecidas.[4]

Processo[editar | editar código-fonte]

Formação do jato da solução polimérica

A técnica de eletrofiação é uma abordagem única usando forças eletrostáticas para a produção de nanofibras a partir de soluções de polímeros com área de superfície maior do que as fibras obtidas por outros processos de fiação convencionais.[4]

Basicamente, um sistema de eletrofiação consiste em três componentes principais: uma fonte de alta tensão, uma seringa com capilar e um coletor aterrado (normalmente uma placa metálica ou mandril rotativo). A fonte de alta tensão para oferece carga de polaridade dentro da solução de polímero na seringa ,que então é acelerada para o coletor de polaridade oposta.[11][12]

Inicialmente os polímeros são dissolvidos completamente em certos solventes para formar a solução polimérica que é introduzida para dentro da seringa e submetida a um campo elétrico onde uma carga elétrica é induzida sobre sua superfície devido a este campo formando inicialmente o Cone de Taylor. Quando o campo elétrico supera a tensão superficial e um jato de solução é ejetado a partir do cone de Taylor rumo ao coletor aterrado. Enquanto percorre o espaço entre a ponta do capilar e o coletor existe a evaporação do solvente, sendo coletado apenas o polímero.[4]

Atualmente, existem várias configurações para a eletrofiação. Com a expansão desta tecnologia, vários grupos de pesquisa têm desenvolvido sistemas mais sofisticados que podem fabricar nanofibras mais complexas de um modo mais controlado e eficiente.[4]

Parâmetros[editar | editar código-fonte]

No processo de eletrofiação, muitos parâmetros afetam significativamente o diâmetro, morfologia das fibras e os resultados finais. Eles são divididos genericamente como parâmetros da solução, parâmetros do processo, parâmetros ambientais.[4]

Parâmetros da solução[editar | editar código-fonte]

Parâmetros do processo[editar | editar código-fonte]

  • Voltagem
  • Taxa de Fluxo
  • Tipo de coletor
  • Distância do coletor


Parâmetros ambientais
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Polímeros utilizados[editar | editar código-fonte]

Nanofibras de policaprolactona (PCL) eletrofiadas obtidas a partir Microscópio eletrônico de varredura

Uma vasta gama de polímeros são usados na eletrofiação e são capazes de formar nanofibras utilizada para as mais variadas aplicações. Ao longo dos anos, mais de 200 tipos de polímeros foram eletrofiados com sucesso, sendo polímeros sintéticos, polímeros naturais ou uma mistura de ambos.[4] As fibras com estas características são produzidas a partir de polímeros sintéticos ex. poli(caprolactona), PCL, poli(ácido lático), PLA, etc., polisacarídeos (quitosana, sulfato de condroitina)[13] e proteínas (fibroína, colágeno)[14]

Aplicações[4][editar | editar código-fonte]

  • Scaffolds para engenharia de tecidos
  • Curativo para cicatrização de feridas
  • Liberação controlada de medicamentos
  • Filtração
  • Biosensores
  • Aplicações em roupas de proteção
  • Aplicações na geração de energia
  • Aplicações na imobilização de enzimas
  • Membranas de afinidade
  • Cosméticos

Referências[editar | editar código-fonte]

  1. Haifeng Liu et. al. «Electrospinning of Nanofibers for Tissue Engineering Applications». Journal of Nanomaterials. doi:10.1155/2013/495708 
  2. Sajedeh Khorshidi; et al. «A review of key challenges of electrospun scaffolds for tissue-engineering applications». Journal of tissue engineering and regenerative medicine. doi:10.1002/term.1978 
  3. Saderi, Narges; Rajabi, Mina; Akbari, Babak; Firouzi, Masoumeh; Hassannejad, Zahra (17 de agosto de 2018). «Fabrication and characterization of gold nanoparticle-doped electrospun PCL/chitosan nanofibrous scaffolds for nerve tissue engineering». Journal of Materials Science: Materials in Medicine (em inglês). 29 (9). 134 páginas. ISSN 1573-4838. doi:10.1007/s10856-018-6144-3 
  4. a b c d e f g h i j k Nandana Bhardwaj e Subhas C. Kundu. «Electrospinning: A fascinating fiber fabrication technique». Biotechnology Advances. doi:10.1016/j.biotechadv.2010.01.004 
  5. Zeleny J. «The electrical discharge from liquid points, and a hydrostatic method of measuring the electric intensity at their surfaces.». Phys Rev. doi:10.1103/PhysRev.3.69 
  6. Liu e Xia. «Electrospinning of nanofibers: reinventing the wheel?». Advanced Materials. doi:10.1002/adma.200400719 
  7. Vonnegut B, Newbauer RL. «Production of monodisperse liquid particles by electrical atomization.». Journal of Colloid Science. doi:10.1016/0095-8522(52)90043-3 
  8. Vadim G Drozin. «The electrical dispersion of liquids as aerosols.». Journal of Colloid Science. doi:10.1016/0095-8522(55)90022-2 
  9. Peter K Baumgarten. «Electrostatic spinning of acrylic microfibers.». Journal of Colloid and Interface Science. doi:10.1016/0021-9797(71)90241-4 
  10. Huang et. al. «A review on polymer nanofibers by electrospinning and their applications in nanocomposites». Composites Science and Technology. doi:10.1016/S0266-3538(03)00178-7 
  11. Liang et. al. «Functional electrospun nanofibrous scaffolds for biomedical applications.». Advanced Drug Delivery Reviews. doi:10.1016/j.addr.2007.04.021 
  12. ill e Recum. «Electrospinning: Applications in drug delivery and tissue engineering». Biomaterials. doi:10.1016/j.biomaterials.2008.01.011 
  13. W, Zhao; W, Liu; J, Li; X, Lin; Y, Wang (Fevereiro de 2015). «Preparation of Animal Polysaccharides Nanofibers by Electrospinning and Their Potential Biomedical Applications». Journal of biomedical materials research. Part A (em inglês). PMID 24733749. Consultado em 4 de junho de 2020 
  14. Khadka, Dhan B.; Haynie, Donald T. (1 de novembro de 2012). «Protein- and peptide-based electrospun nanofibers in medical biomaterials». Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine (em inglês). 8 (8): 1242–1262. ISSN 1549-9634. doi:10.1016/j.nano.2012.02.013