Formation and Properties of Highly Porous Dibutyrylchitin Fibres Containing Nanoparticles

• Autorzy: Wawro D. , Stęplewski W. , Komisarczyk A.

Warianty tytułu

PL

Formowanie i własności wysokoporowatych włókien z dibutyrochityny zawierających nonocząsteczki

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article gives an account of investigations on the preparation of highly porous dibutyrylchitin fibres containing tri-calcium phosphate (â-TCP) or nano-hydroxyapatite (nano HAp). Fibers were spun from 16% dibutyrylchitin (DBC) solutions in ethanol (content of ethanol: 67 - 78%). The fibers obtained showed a sheath/core structure; the sheath being a solid skin while the core presented itself as a macro-, micro- and nano-porous interior filled with air. DBC was used with an intrinsic viscosity [η] of 1.96, 2.19 & 2.42 dl/g and a content of b-TCP or nano HAp in the amount of 6 and 11.7% on DBC, respectively. The impact of ethanol concentration in the spinning solutions was investigated with respect to forming conditions: as-spun draw ratio, draw ratio, spinning speed and pH of the coagulation bath upon the morphology structure and mechanical properties of the fibers. Lab-scale wet spinning was applied, which produced highly porous fibers (DBC/HPCF) characterised by a tenacity of 4.0 - 10.5 cN/tex and elongation of 10 - 14.5% (conditioned state). The porosity of the fibres was assessed by mercury porosimetry, and as a comparison by digital analysis of SEM images of the fibre cross-section. The novel fibres may be used as material in the construction of bone implants, hygiene products and in various technical applications.

PL

W artykule przedstawiono badania prowadz.ce do otrzymania kompozytowych wysokoporowatych włókien dibutyrylochitynowych zawierających beta fosforan trojwapniowy (b-TCP) lub nano hydroksyapatyt (nano HAp) z etanolowych wodnych roztworow dibutyrylochityny (DBC) o st.ężeniu 16% DBC i etanolu w zakresie 67-78%. Włókna zbudowane są z litej skorki oraz makro, mikro i nano porowatego wnętrza. Zastosowano DBC o lepkości istotnej [η]: 1,96; 2,19; 2,42 dl/g oraz b-TCP lub nano HAp w ilości 6,0 i 11,7% w stosunku do polimeru. Zbadano wpływ stężenia etanolu w roztworze przędzalniczym, warunkow formowania: wyciągu filierowego, rozciągu, prędkości formowania oraz pH kąpieli koagulacyjnej na budowę morfologiczną i właściwości mechaniczne włókien. W procesie mokrego formowania w skali laboratoryjnej wytworzono kompozytowe wysokoporowate ultra lekkie włókna (DBC/HPCF) o wytrzymałości 4,0 - 10,5 cN/tex i wydłużeniu 10 - 14,5% w stanie aklimatyzowanym. W oparciu o cyfrową analizę obrazów SEM powierzchni przekroju poprzecznego włókien DBC/HPCAF dokonano oceny porowatości. Nowy rodzaj włókien może być używany jako włóknisty materiał super absorpcyjny do implantow kości, produktów higienicznych i zastosowań technicznych.

Słowa kluczowe

EN

dibutyrylchitin; nano-hydroxyapatite; highly porous fibre; mechanical properties; morphology

PL

dibutyrylochityna; nanocząsteczki; wysoce porowate włókna; właściwości mechaniczne; morfologia

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Łódzki Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Fibres & Textiles in Eastern Europe
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 21, no. 4 (100)
• Strony: 31--37
• Opis fizyczny: Bibliogr. 31 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Wawro D.

• Institute of Biopolymers and Chemical Fibres, Łódź, Poland

autor

Stęplewski W.

• Institute of Biopolymers and Chemical Fibres, Łódź, Poland

autor

Komisarczyk A.

• Department of Material and Commodity Sciencs and Textile Metrology, Faculty of Material Technologies and Textile Design, Lodz University of Technology, Łódź, Poland

Bibliografia

• 1. Schulz B, Seide G, Gries T, Kayacan I, Milow B, Ratke L. Characterization and spinning of highly porous aero-cellulosic fibres for application in technical textiles, Achema 2012, 30 Word Exhibition Congress, Frankfurt am Main, 18-22 June 2012.
• 2. Wawro D, Stęplewski W, Ciechańska D, Krucińska I, Wesołowska E. “The Effect of Solvent Type on the Mechanical Properties of Dibutyrylchitin (DBC) Fibres”, Fibres & Textiles in Eastern Europe 2007; 15, 3(62): 14-18.
• 3. Błasińska A, Mikołajczyk T, Krucińska I, Komisarczyk A. “Investigations on manufacturing of porous fibres made from dibutyrylchitin; Rheological properties of spinning solutions in ethanol and N-methylpyrrolidone”, Book of Proceedings of the 2nd International Textile, Clothing & Design Conference, Dubrovnik, Croatia, 3-6 October, 2004.
• 4. Rissanen M, Puolakka A, Ahola N, Tonry A, Rochev Y, Kellomäki M, Nousiainen P. „Effect of Protein-Loading on Properties of Wet-Spun Poly(L,D-lactide) Multifilament Fibres”, Journal of Applied Polymer Science 2010; 116: 2174–2180.
• 5. Ziabicki A, ”Physics of the fibre formation from natural and artificial polymers”) WNT, Warszawa, 1970.
• 6. Takahashi M, Nukushina Y, Kosugi S. Text Res J 1964; 34: 87.
• 7. Rosół P. “Estimation of durability of implants prepared from polymeric composites” (doctorate thesis) AGH in Kraków, 2006.
• 8. Błażewicz M. „Materials for tissue engineering”, Inżynieria Biomateriałów 2001; 4, 15-16: 32-35.
• 9. Sosnowski S, Słomkowski S, Scaffolds for cell cultures produced from nanoand microparticles 2005; 8, 47–53: 214- 216.
• 10. Di Silvio L, Dalby MJ, Bonfield W. In vitro response of osteoblasts to hydroxyapatite-reinforced polyethylene composites”, J Mater Science, Mater in Med 1998; 9: 845–849.
• 11. Zigang Ge, Sophie Baguenard, Lee Yong Lim, Aileen Wee, Eugene Khor, “Hydroxyapatite–chitin materials as potential tissue engineered bone substitutes”, Biomaterials 2004; 25: 1049– 1058. 12. Isamu Yamaguchi, Soichiro Itoh, Masumi Suzuki, Akiyoshi Osaka, Junzo Tanaka, „The chitosan prepared from crab tendons: II. The chitosan/apatite composites and their application to nerve regeneration”, Biomaterials 2003; 24: 3285–3292.
• 13. Yang D, Jin Y, Zhou Y,Ma G, Chen X, Lu F, et al. In situ mineralization of hydroxyapatite on electrospun chitosanbased nanofibrous scaffolds Macromol Biosci 2008; 8: 239–46.
• 14. Wawro D, Pighinelli L. Chitosan fibres with HAp/β-TCP nanoparticles, International Journal of Molecular Sciences, 2011; 12(11): 7286-7300.
• 15. Szosland L. Di-O-butyrylchitin. In: Muzzarelli RAA, Peter MG, editors. Chitin Handbook. European Chitin Society. Germany;1997, pp. 53–60.
• 16. Szosland L, Stęplewski W. Rheological characteristic of dibutyrylchitin semiconcentrated solutions and wet spinning of dibutyrylchitin fibres, in ‘Advances in Chitin Science’, vol II, Proceeding of 7th International Conference on Chitin and Chitosan, Lyon, 3 – 5 Sept. 1997, 531- 536, 1997, ed. A. Domard, G.A.F. Roberts, K.M. Varum, Jacques Andre Pub. Lyon 1997.
• 17. Chilarski A, Szosland L, Krucińska I, Kiekens P, Błasińska A, Schoukens G, Cisło R, Szumilewicz J. Novel Dressing Materials Accelerating Wound Healing Made from Dibutyrylchitin, Fibres & Textiles in Eastern Europe 2007; 15, 4 (63): 77-81.
• 18. Muzzarelli A, Guerrieri M, Goteri G, Muzzarelli C, Armeni T, Ghiselli R, Cornelissen M. The biocompatibility of dibutyryl chitin in the context of wound dressings, Biomaterials 2005; 26: 5844–5854.
• 19. Biniaś D, Boryniec S, Biniaś W, Włochowicz A. Alkaline Treatment of Dibutyrylchitin Fibres Spun from Polymer Solution in Ethyl Alcohol, Fibres & Textiles in Eastern Europe 2006: 14, 3(57): 122-18.
• 20. Krucinska I, Szosland L, Cisło R, Błasinska A, Komisarczyk A, Chilarski A, Bilska J, Pilas B. A wound dressing material of dibutyrylchitin and chitin reconstituted therefrom, EP1778303 A1, 2007.
• 21. Schoukens G, Kiekens P, Krucinska I. New Bioactive Textile Dressing Materials from Dibutyrylchitin Stimulating Wound Healing, V International Technical Textiles Congress 7-9 November 2012, İZMİR.
• 22. Krucinska I, Komisarczyk A, Paluch D, Szymonowicz M, Zywicka B, Pielka S. The impact of the dibutyrylchitin molar mass on the bioactive properties of dressings used to treat soft tissue wounds, J Biomed Mater Res B Appl Biomater 2012; 100(1): 11-22.
• 23. Szosland L, East GC. The dry spinning of dibutyrylchitin fibres, J Appl Polym Sci, 1995; 58: 2459-2466.
• 24. Szosland L, Stęplewski W. Method of obtaining fibre from chitin esters, PL 187224, 2004.
• 25. Krucińska I, Komisarczyk A, Chrzanowski M, Paluch D. Producing Wound Dressing Materials from Chitin Derivatives by Forming Nonwovens Directly from Polymer Solution, Fibres & Textiles in Eastern Europe, 2007; 15, 5-6 (64- 65): 73-75.
• 26. Gliścińska E, Babeł K, Krucińska I. Activated Carbon/Dibutyrylchitin (DBC) as Fibrous Antibacterial Noncytotoxic Wound Dressing Material, Fibres & Textiles in Eastern Europe, 2012; 20, 2(91),: 84-90.
• 27. Błasińska A, Mikołajczyk T. Wet Spinning of Dibutyrylchitin Fibres from Ethanol Solution, Fibres & Textiles in Eastern Europe 2005; 13, 6 (54): 36-40.
• 28. Struszczyk H, Ciechańska D, Wawro D, Stęplewski W, Krucińska I, Szosland L, Van de Velde K, Kiekens P. Some properties of dibutyrylchitin fibres, H. Struszczyk, A. Domard, M. G. Peter, H. Pospieszny, ed., “Advances in Chitin Science” vol. VIII, EUCHIS’04, Institute of Plant Protection, Poznań, 2005; 279- 283.
• 29. Szosland L, Janowska G. Method for preparation of dibutyrylchitin. Polisch Patent PL 169077B1, 1996.
• 30. Gröbe V, Mann G, Duwe G. Faserforsch. Textiltech, 1966; 17: 142.
• 31. Wawro D, Krucińska I, Stęplewski W, Komisarczyk A. Polish Patent Application P. 403200 (18.03.2013), Method of manufacture composites highly porous DBC fibres, 2013.