Microstructuring of electrospun mats employing femtosecond laser

Abstract

Iš nano-mikrogijų sudarytos neaustinės medžiagos su kontroliuojamo dydžio poromis, kurios yra suformuotos elektrinio verpimo metodu, gali būti naudojamos ląstelių karkasų, skirtų audinių inžinerijai, formavimui. Šio darbo metu elektrinio verpimo metodu buvo suformuoti trijų rūšių skirtingo storio 41 μm– 66 μm bei iš skirtingo skersmens polivinilalkoholio (PVA) nano-mikrogijų sluoksniai, kuriuose vidutinis gijų skersmuo sudarė 100 μm– 200 nm. Elektrinio verpimo metodu suformuotuose PVA sluoksniuose Yb:KGW femtosekundiniu lazeriu buvo suformuotos valdomo dydžio mikroporos. Darbo metu ištirta PVA sluoksnių mikrostruktūros, atstumo tarp gretimų lazerinės abliacijos sričių bei impulsų skaičiaus įtaka lazeriu suformuotų porų kokybei bei struktūrai. Tyrimo eigoje nustatyta, kad lazeriu suformuotų porų kokybė priklauso nuo lazerine spinduliuote veikiamos medžiagos sandaros (nano-mikro gijų skersmens, sluoksnio storio) ir naudojamų femtosekundinio lazerio darbinių parametrų. Parodyta, kad, keičiant impulsų skaičių bei atstumą tarp femtosekundinio lazerio spinduliuotės poveikio taškų, elektrinio verpimo būdu suformuotuose sluoksniuose galima suformuoti 22 μm– 36 μm skersmens mikroporas. Gautas porų dydis yra mažesnis nei lazerio pluošto dėmė fokuso taške. Šis reiškinys aiškinamas plazmos susidarymu dėl intensyvios lazerinės spinduliuotės ir poveikiu aplinkinėms sritims. Electrospun mats from nano/micro-fibers with control porosity and pore shape may be ideal candidate for tissue engineering scaffolds. In this study three type of poly(vinyl alcohol) (PVA) mats of 48-65 µm thickness with different nano/micro-fibers diameters mostly of 100-200 nm were deposited by electrospinning process. Controlled density porosity in the electrospun mats was introduced by Yb:KGW femtosecond laser micromachining system. The influence of electrospun mat micro structure, the distance between the adjacent laser ablation points, the number of femtosecond laser pulses on quality and structure of laser irradiated holes were investigated. It was demonstrated that the quality of irradiated holes depend on structure of electrospun mats (diameter of nano/micro-fibers, thickness of mats) and femtosecond laser processing parameters. Varying the distance between points and number of applied femtosecond laser pulses it is possible to fabricate electrospun mats with pores of 22-36 μm diameter.