KKU Res. J. 2011; 16(4) 371

KKU Res. J. 2011; 16(4): 371-383 http://resjournal.kku.ac.th

ผลของบางปจจยตอลกษณะเสนใยโพลคาโปรแลคโตนอเลกโตรสปนท�ผลตดวยเคร�อง KKU drum electrospinning unit Effects of some parameters on poly εεεε-caprolactone electrospun fibers produced by the KKU drum electrospinning unit พชราภรณ ไชยศร1, เอยน โทมส2 และสนนาฏ ศร1,3* Patcharaporn Chaisri1, Ian Thomas2 and Sineenat Siri1,3* 1ภาควชาชวเคม คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยขอนแกน 2ภาควชาฟสกส คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยขอนแกน 3ศนยนาโนเทคโนโลยบรณาการ คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยขอนแกน

*Correspondent author: ssinee@kku.ac.th Received December 28, 2009

Accepted October 27, 2010

บทคดยอ

เคร�อง KKU drum electrospinning unit ถกผลตข�นทดแทนเคร�อง electrospinning ท�มราคาสงและตองนาเขาจากตางประเทศ แตอยางไรกดยงไมมการศกษาถงการผลตเสนใยและปจจยท�มผลตอเสนใยท�ได ในการศกษาน� ไดใชสารโพลคาโปรแลคโตน poly (ε-caprolactone) เปนโมเดลในการศกษาผลของบางปจจยตอลกษณะและขนาดของเสนใย ไดแก ความเขมขนของสารละลาย (4, 8, 10

และ 15%) อตราการไหลของสารละลาย (0.8, 1, 1.5, 2 และ 3 มล./ชม.) คาความตางศกยไฟฟา (4, 8,

10 และ 13 kV) และอตราเรวในการหมนของวสดรองรบแบบลอหมน (0, 65, 88 และ 110 รอบ/นาท) พบวาความเขมขนของสารละลายท� 4% ต�าเกนไปและไมเกดเสนใย ความเขมขนของสารละลายและอตราการไหลท�สงข�นทาใหเสนใยมขนาดเพ�มข�น คาความตางศกยไฟฟาท�สงข�นมผลลดขนาดของเมดบดสและทาใหไดเสนใยขนาดสม�าเสมอมากข�น เม�อเพ�มความเรวรอบของวสดรองรบพบวาขนาดเสนใยมแนวโนมลดลงและมระเบยบข�น ในการศกษาขางตนสภาวะท�เหมาะสมตอการผลตเสนใยจากโพลคาโปรแลคโตน คอ ความเขมขนของสารละลายท� 10% อตราการไหลของสารละลาย 0.8 มล./ชม.ความตางศกยไฟฟา 13 kV และความเรวรอบในการหมน 110 รอบ/นาท

Abstract

The “homemade” KKU drum electrospinning unit was constructed to replace the high

cost and imported electrospinning apparatus. However, fabrication and parameters

affecting the fibers have not yet been studied. Thus, in this work, poly(ε-caprolactone) was

used as a model polymer to study the effect of some parameters on morphology and sizes

of fibers, including polymer concentrations (4, 8, 10 and 15%), flow rates (0.8, 1, 1.5, 2 and 3

มล./ชม.), voltages (4, 8, 10 and 13 kV) and drum rotation rates (0, 65, 88 and 110 rpm). Results

showed that the concentration at 4% was too low and could not form fiber. Increased

concentrations and flow rates resulted in increasing fiber sizes. Increased voltages could

reduce bead sizes and form more homogeneous fibers. Fiber sizes tended to decrease and

become more organized when increasing voltages were applied. The optimized condition

to fabricate poly(ε-caprolactone) fiber was at 10% concentration, 0.8 flow rate, 13 kV

372 KKU Res. J. 2011; 16(4)

1. บทนา

เทคนคอเลกโตรสปนนง (electrospinning)

เปนเทคนคหน�งท�ไดรบความสนใจอยางย�งในการผลตเสนใยท�มเสนผานศนยกลางขนาดเลกต�งแตระดบไมโครเมตรถงนาโนเมตร (Pham et al.,

2006) โดยหลกการ เทคนคน�อาศยแรงทางไฟฟาท�เกดจากศกยไฟฟาสง สงผลใหสารละลายพอล-เมอรท�ปลายเขมยดออกเปนรปรางทรงกรวยท�เรยกวา “กรวยของเทเลอร” (Taylor’s cone) เม�อสนามไฟฟาท�ใหมคามากถงคาวกฤตคาหน�ง ซ� งมคามากกวาแรงตงผวของสารละลายพอลเมอร จะเกดแรงขบดนใหสารละลายพอลเมอรท�มประจน�พงออกมาเปนสาย ตกลงสแผนรองรบท� มประจตรงกนขาม และในระหวางการเคล�อนท�ลงสแผนรองรบ เกดการระเหยของตวทาละลาย ทาใหไดเปนเสนใยขนาดเลก (Li et al., 2005) จากกลไกดงกลาว เคร�องอเลกโตรสปนนงจงมสวนประกอบหลก 3 สวน คอ 1) แหลงกาเนดศกยไฟฟากาลงสง

2) หลอดบรรจสารละลายท�ตดเขมโลหะขนาดเลก

และ 3) วสดรองรบท�เปนโลหะ (Venugopal and

Ramakrishna, 2005) ท� งน� ลกษณะของแผนรองรบมหลายรปแบบสาหรบการผลตเสนใยลกษณะตางๆ เชน แผนรองรบแบบวงลอเคล�อนท�สาหรบใชผลตเสนใยแบบขนาน (aligned fibers) และแผนรองรบแบบระนาบไมเคล�อนท�สาหรบใชผลตเสนใยแบบไมถกทอ (non-woven fibers) สาหรบเสนใยท�ผลตดวยเทคนคอเลกโตรสปนนง มสมบตท�เดนชด คอ 1) เสนใยท�ไดมขนาดเลกมาก

โดยท�วไปมขนาดต�งแตหลายสบนาโนเมตรจนถงประมาณ 1-2 ไมโครเมตร จงมกจะถกเรยกวา เสนใยนาโน (nanofibers) หรอ เสนใยนาโนอเลก-

โตรสปน (electrospun nanofibers) 2) โครงรางจากเสนใยท�ไดมอตราสวนระหวางพ�นผวตอปรมาตรสงมากกวา 1,000 เทา เม�อเปรยบเทยบกบเสนใยในระดบไมโครเมตร และ 3) โครงรางจากเสนใยนาโนท�ได มรพรนขนาดเลกจานวนมาก ทาใหมการสงผานของเหลวและแกสไดด (Nair et

al., 2004) จากสมบตดงกลาว ทาใหเสนใยอเลกโตร ส ป น น ง ไ ด ร บ ค ว า ม ส น ใ จ แ ล ะ ถ ก น า ม าประยกตใชอยางกวางขวางในปจจบน เชน 1) ดานการทหาร เชน การประดษฐชดปองกนอาวธเคมและอาวธชวภาพของทหาร 2) ดานผลตภณฑเสรมความงาม เชน เคร�องสาอาง (Lu and Ding, 2008) และ 3) ดานการแพทย เชน การประยกตใชทางดานวศวกรรมเน�อเย�อ (tissue engineering) ระบบนาสงยา (drug delivery system) (Chew

et al., 2006) และใชเปนวสดปดบาดแผล (wound

dressing) (Venugopal and Ramakrishna,

2005) พอลเมอรชนดตางๆ ท�งจากธรรมชาตและจากการสงเคราะหถกใชในการผลตเสนใยนาโน อเลกโตรสปนเพ�อวตถประสงคดงกลาว แมวาพอลเมอรจากธรรมชาตจะมขอด ท�มความเปนพษต�า แตมกทาบรสทธ7 ไดยาก มราคาสง และผลตเสนใยท� มคณภาพไมสม�าเสมอ พอลเมอรสงเคราะหหลายชนดจงไดรบความสนใจ เน�องจากมราคาต�า หาไดงาย ทาใหไดเสนใยท�ลกษณะ สม�าเสมอ และมคณภาพคงท�ในการผลตทกคร� ง (Tong and

Wang, 2007)

แมวาการผลตเสนนาโนอเลกโตรสปนจะมกระบวนการท� ไมยงยากและซบซอนนก แตเน�องจากเคร� องอเลกโตรสปนนงมราคาสงและตองนาเขาจากตางประเทศ จงเปนขอจากดท�ทาให

to fabricate poly(ε-caprolactone) fiber was at 10% concentration, 0.8 มล./ชม. flow rate, 13 kV

voltage and 110 rpm rotation rate.

คาสาคญ: อเลกโตรสปนนง เคร�อง KKU drum electrospinning unit ลกษณะเสนใย

Keywords: electrospinning, KKU drum electrospinning unit, fiber morphology

KKU Res. J. 2011; 16(4) 373

มการศกษาเสนใยอเลกโตรสปนในประเทศคอนขางจากด จากเหตผลขางตนจงเปนท�มาของการสรางเคร� อง KKU drum electrospinning

unit จากศนยนาโนเทคโนโลยบรณาการ และภาควชาฟสกส คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลย ขอนแกน โดยอาศยเทคโนโลย วสด อปกรณ และบคลากรภายในประเทศ เคร� อง KKU drum

electrospinning unit น� ประกอบดวย แหลง กาเนดศกยไฟฟาสง หลอดบรรจสารละลายท�ควบคมได และวสดรองรบท� เปนแบบวงลอเคล�อนท� (รปท� 1) ท�งน� ในการใชเคร�องดงกลาวในการผลต เสนใย จาเปนตองมการศกษาถงการทางานของเคร� องในการผลตเสนใย และปจจยท�ควบคมไดจากตวแปรในระบบ ซ� งสงผลตอลกษณะและขนาดของเสนใย โดยท�วไปปจจยท�มความสาคญตอการผลตเสนใย ไดแก ความตางศกยไฟฟา อตราการไหลของสารละลายพอลเมอร ระยะหางระหวางปลายเขมถงวสดรองรบ รปแบบของวสดท�ใชรองรบ ความเรวรอบของวสดรองรบแบบวงลอหมน ชนดของตวทา-ละลาย ชนดของพอลเมอร และความเขมขนของสารละลายพอล-เมอร ซ� งปจจยเหลาน�นอกจากมผลตอการเกดเสนใยแลว ยงมผลตอลกษณะและขนาดของเสนใยดวย (Chew et al., 2006) ดงน�นในการศกษาคร� งน� จงมวตถประสงคในศกษาการผลตเสนใยจากเคร�อง KKU drum electrospinning unit และศกษาบางปจจยท�มผลตอลกษณะและขนาดของเสนใยอเลกโตรสปน ไดแก ความเขมขนของสารละลายพอลเมอร ความตางศกยไฟฟา อตราการไหลของสารละลายพอลเมอร และความเรวรอบของวสดรองรบแบบวงลอหมน โดยใชพอลเมอรสงเคราะหคอ โพลคาโปรแลคโตน (Poly-(ε-

caprolactone)) เปนโมเดลในการศกษา เน�องจากเปนพอลเมอรท�สามารถผลตเปนเสนใยไดงาย 2. วธวจย 2.1 การเตรยมสารละลายพอลเมอร

เตรยมสารละลายพอลเมอรโพลคาโปรแลคโตน (Poly-(ε-caprolactone; PCL)) (Aldrich,

St. Louis, USA) ในตวทาละลายผสมระหวาง Dimethylchloride (DMC) (J.T Baker, Phil-

lipsburg, USA) และ N, N-dimethylforma-

mide (DMF) (MERK, Darmgtadt, Germany)

ซ� งใชอตราสวนของ DMC:DMF เทากบ 3:1 2.2 การผลตเสนใยอเลกโตรสปน

ใชเคร�อง KKU physics electrospinning

unit ในการผลตเสนใยอเลกโตรสปน โดยศกษาปจจยท�มผลตอลกษณะและขนาดของเสนใย ดงน� 2.2.1 ความเขมขนของสารละลายพอลเมอร

ใชสารละลายพอลเมอรโพลคาโปรแลคโตนท�ความเขมขน 4, 8, 10 และ 15% (น� าหนก/

ปรมาตร) ตวอยางละ 1 มล. บรรจในสวนของหลอดบรรจสารละลาย โดยควบคมปจจยตอไปน�ใหคงท� ไดแก ระยะหางระหวางเขมถงวสดรองรบ 9 ซม. คาความตางศกยไฟฟา 13 kV อตราการไหลของสารละลาย 0.8 มล. /ชม. และความเรวรอบในการหมนของวสดรองรบ 110 รอบ/นาท 2.2.2 อตราการไหลของสารละลายพอลเมอร

ใชสารละลายพอลเมอรโพลคาโปรแลคโตนท�ความเขมขน 10% ผลตเสนใยโดยใชอตราการไหลของสารละลายท� 0.8, 1, 1.5, 2 และ 3 มล. /ชม. โดยแตละสภาวะใชสารละลายพอลเมอร 1

มล. ท�งน� ไดควบคมปจจยตอไปน� ใหคงท� ไดแก ระยะหางระหวางเขมถงวสดรองรบ 9 ซม. คาความตางศกยไฟฟา 13 kV และความเรวรอบในการหมนของวสดรองรบ 110 รอบ/นาท

2.2.3 ความตางศกยไฟฟา

ใชพอลเมอรโพลคาโปรแลคโตนท�ความเขมขน 10% ผลตเสนใยโดยใชคาความตางศกยไฟฟาท� 4, 8, 10 และ 13 kVโดยแตละสภาวะใชสารละลายพอลเมอร 1 มล. โดยควบคมปจจยตอไปน� ใหคงท� ไดแก ระยะหางระหวางเขมถงวสดรองรบ 9 ซม. อตราการไหลของสารละลาย

374 KKU Res. J. 2011; 16(4)

0.8 มล. /ชม. และความเรวรอบในการหมนของวสดรองรบ 110 รอบ/นาท

2.2.4 ความเรวรอบของวสดรองรบ

ใชสารละลายพอลเมอรโพลคาโปรแลคโตนท�ความเขมขน 10% (น�าหนก/ปรมาตร) ผลตเสนใยโดยใชคาความเรวรอบของวสดรองรบท� 0, 65,

88 และ 110 รอบ/นาทโดยแตละสภาวะใชสารละลายพอลเมอร 1 ml ท�งน� ไดควบคมปจจยตอไปน� ใหคงท� ไดแก ระยะหางระหวางเขมถงวสดรองรบ 9 ซม. คาความตางศกยไฟฟา 13 kV

และอตราการไหลของสารละลาย 0.8 มล. /ชม. 2.3 การศกษาลกษณะและขนาดเสนผานศนยกลางของเสนใย

ตดแผนเสนใยอเลกโตรสปนเปนวงกลมมขนาดเสนผานศนยกลาง 6 มม. นาไปเคลอบทองดวยเคร� อง Pularon SC500 sputter coater

(Fisons, England) เปนเวลา 2 นาท นาตวอยางท�เต รยม ไดไป ศกษา ภายใ ตกลอ ง จล ทรรศ นอเลกตรอนแบบสองกราด (Scanning electron

microscope; SEM) (Hitachi S-3000N, Japan)

ท�กาลงขยาย 1000, 3000 และ 5000 เทา จากน�นวดขนาดเสนผานศนยกลางของเสนใยโดยสมจาก

300 ตาแหนง ของภาพ SEM ท�กาลงขยาย 1,000

เทา โดยใชโปรแกรม Nano-VB (ผลตโดย รศ.ดร. สนต แมนศร, มหาวทยาลยขอนแกน)

2.4 การวเคราะหทางสถต

ในการศกษาน� ไดเปรยบเทยบความแตกตางทางสถตใชโปรแกรม SPSS for Windows

version 11.5 ดวยวธ One-way ANOVA โดยเปรยบเทยบคาท� p-value < 0.05 ในทกการทดลอง และผลการวเคราะหท�งหมดนาเสนอเปนคาเฉล�ย ±

คาเบ�ยงเบนมาตรฐาน

3. ผลการวจยและอภปราย

3.1 ผลของความเขมขนของสารละลายพอลเมอรตอขนาดเสนใย

จากการศกษาการผลตเสนใยอเลกโตรสปนดวยเคร�อง KKU drum electrospinning unit

โดยใชความเขมขนของสารละลายพอลเมอรโพล-คาโปรแลคโตนท� 4, 8, 10 และ 15% (น�าหนก/

ปรมาตร) โดยควบคมปจจยตอไปน� ใหคงท� ไดแก ระยะหางระหวางเขมถงวสดรองรบ 9 ซม. คาความตางศกยไฟฟา 13 kV อตราการไหลของสารละลาย 0.8 มล. /ชม. และความเรวรอบในการหมนของวสดรองรบ 110 รอบ/นาท พบวาเสน-ใยอเลกโตรสปนท�ได มขนาดเสนผานศนยกลางเฉล�ยเทากบ 979, 783, 893 และ 1534 nm

รปท� 1. องคประกอบหลกของเคร�อง KKU drum electrospinning unit

KKU Res. J. 2011; 16(4) 375

ตามลาดบ (ตาราง 1 และรปท� 2) เม�อใชสารละลายพอลเมอรท�ความเขมขน 4% พบวาสารละลายพอ-ลเมอรสวนใหญมลกษณะเปนหยดตกลงบนวสดรองรบ และมบางสวนเทาน�นท�สามารถเกดเปนเสนใย แต เ กดข� นอยางไมสม� า เสมอและไมตอ เ น� อง ท� ง น� เ ป นผ ลจ าก คว าม เขมขนข อ งสารละลายพอลเมอรท�ต �ามากเกนไป ทาใหมความหนดท�ไมเหมาะสมตอการเกดเปนเสนใย สาหรบท�ความเขมขนของสารละลายพอลเมอร 8, 10 และ 15% พบวามความเหมาะสมตอการเกดเปนเสนใย โดยท�ความเขมขน 8 และ 10% ไดเสนใยท�มขนาด

ประมาณ 800 nm แตท�ความเขมขน 15% พบวาไ ด เ ส น ใ ย ท� ไ ดม ข น า ด ใ ห ญ ค อ ม เ ส น ผ า นศนยกลางประมาณ 2000 nm เน�องจากท�คาความเขมขนดงกลาว สารละลาย พอลเมอรมความหนดคอ น ขาง ส ง ส ง ผ ล ใ หค ว บ คม ก า ร ไห ล ข อ งสารละลายไดไมสม�าเสมอ เสนใยท�ถกดงออกมามขนาดใหญ นอกจากน� ยงมการระเหยของตวทาละลายชา ทาใหมโอกาสเกดการรวมตวกนของเสนใยหลงตกลงบนวสดรองรบ ทาใหเสนใยท�ไดม ข น า ด ใ ห ญ แ ล ะ ม ข น า ด ไ ม ส ม� า เ ส ม อ ซ� งสอดคลองกบการศกษาของ Doshi และ Reneker

ตาราง 1. ผลของความเขมขนของสารละลายตอขนาดและลกษณะของเสนใย

Polymer concentration (%)

Average fiber diameter (nm)

ลกษณะของเสนใย

4 979.82 ± 408.14b ไดแผนฟลม เกดเสนใยไมมาก

8 783.03 ± 366.85a เสนใยมขนาดเลก เรยบ ตอเน�องการกระจายตวคอนขางสม�าเสมอพบ

เมดบดสขนาดเลกเพยงเลกนอย

10 893.30 ± 403.07a,b เสนใยมขนาดเลก เรยบ ตอเน�อง การกระจายตวคอนขางสม�าเสมอ พบ

เมดบดสขนาดเลกเพยงเลกนอย

15 1534.43 ± 601.89c เสนใยมขนาดใหญ ไมเรยบ ไมตอเน�อง การกระจายตวของคอนขางไม

สม�าเสมอ พบเมดบดสขนาดใหญเพยงเลกนอย

หมายเหต: สญลกษณ a, b และ c แสดงถงความเขมขนของสารละลายและขนาดเฉล�ยของเสนใยท�แตกตางกนอยางมนยสาคญ

ท� p-value < 0.05

ตาราง 2. ผลของอตราการไหลของสารละลายตอขนาดและลกษณะของเสนใย

Flow rate

(มล./ชม.) Average fiber diameter (nm)

ลกษณะของเสนใย

0.8 893.30 ± 403.07a เสนใยมขนาดเลก เรยบ ตอเน�อง การกระจายตวคอนขางสม�าเสมอ พบเมดบดส

ขนาดเลกเพยงเลกนอย

1 1226.04 ± 477.72c เสนใยมขนาดใหญ ไมเรยบ ตอเน�อง การกระจายตวของเสนใยคอนขางสง พบเมด

บดสขนาดเลกเพยงเลกนอย

1.5 1465.69 ± 610.72d เสนใยมขนาดใหญ ไมเรยบ ตอเน�อง การกระจายตวของเสนใยคอนขางสง พบเมด

บดสขนาดเลกเพยงเลกนอย

2 1132.25 ± 495.56b เสนใยมขนาดใหญ ไมเรยบ ตอเน�อง การกระจายตวของเสนใยคอนขางสง พบเมด

บดสขนาดใหญเพยงเลกนอย

3 1213.00 ± 565.37b,c เสนใยมขนาดใหญ ไมเรยบ ตอเน�อง การกระจายตวของเสนใยคอนขางสง พบเมด

บดสขนาดใหญเพยงเลกนอย

หมายเหต: สญลกษณ a, b, c และ d แสดงถงอตราการไหลของสารละลายและขนาดเฉล�ยของเสนใยท�แตกตางกนอยางม

นยสาคญท� p-value < 0.05

376 KKU Res. J. 2011; 16(4)

ท�ผลตเสนใยอเลกโตรสปนจากสารละลายพอล-เมอร Polyethylenoxide (PEO) โดยพบวาหากความหนดของสารละลายต�า จะเกดหยดของสารละลายในระหวางกระบวนการผลตเสนใย และหากสารละลายมคาความหนดมาก มผลใหการควบคมการไหลของสารละลายไมสม�าเสมอ ทาให เสนใยท� ผ ลตไดมขนาดคอนขางใหญ (Doshi and Reneker, 1995) นอกจากน� มการรายงานของ Yu และคณะ พบวาความเขมขนของสารละลายโพลเมอร Polyacrylonitrile (PAN) แปรผนตรงกบความหนด ซ� งเปนปจจยสาคญในการกระบวนการผลตเสนใย (Yu et al., 2006) ดงน�นจากการศกษาน� พบวาเม�อใหปจจยขางตนคงท� คาความเขมขนของสารละลายพอลเมอรโพลคาโปรแลคโตน ท�เหมาะสมในการผลตเสนใยคอ 8 และ 10%

3.2 ผลของอตราการไหลของสารละลายพอลเมอรตอขนาดเสนใย

จากการใชสารละลายพอลเมอรโพลคาโปร-แลคโตนท�ความเขมขน 10% ผลตเสนใยโดยใชอตราการไหลของสารละลายท� 0.8, 1, 1.5, 2 และ 3 มล. /ชม. โดยควบคม ระยะหางระหวางเขมถงวสดรองรบ 9 ซม. คาความตางศกยไฟฟา 13 kV

และความเรวรอบในการหมนของวสดรองรบ 110

รอบ/นาท พบวาในทกสภาวะ สามารถผลตเปนเสนใ ยไ ด โ ดย ไ ดเ สน ใย ท� ม ข นา ด เสนผ า นศนยกลางเฉล�ยเทากบ 893, 1226, 1465, 1132 และ 1213 nm ตามลาดบ (ตาราง 2 และรปท� 3) โดยท�สภาวะอตราการไหลของสารละลาย 0.8 มล. /ชม. พบวาไดเสนใยท� มขนาดเสนผานศนยกลางเลกท�สด คอประมาณ 900 nm เสนใยท�ไดมความตอเน�องกน มการกระจายของเสนใยคอนขางสม�าเสมอ มการกระจายของเมดบดสขนาดเลก สาหรบอตราการไหลของสารละลายท� 1, 1.5, 2

และ 3 มล. /ชม. เสนใยท�ไดมขนาดใหญกวา 1000

nm มการกระจายของเมดบดสขนาดใหญ ซ� งเกดจากอตราการไหลของสารละลายท� สงเกนไป

สงผลใหมการดนสารละลายออกมาอยางรวดเรว ทาใหสายของพอลเมอรท�ถกดนออกมามขนาดใหญ การระเหยของตวทาละลายชา จงทาใหเสนใยท�ตกลงมา เกดการรวมกนมขนาดใหญข�น และขนาดเสนใยไมสม�าเสมอ จากการรายงานของ Megelski และคณะ (Megelski et al., 2002) ท�ศกษาปจจยของอตราการไหลตอขนาดและรพรนของพอลเมอร Polystyrene พบวาเม�ออตราการไหลของสารละลายเพ�มข�น สงผลใหขนาดและร-พรนเพ�มข�นเชนกน นอกจากน�นยงพบวาอตราการไหลท�สงเกนไป ทาใหเกดเมดบดสจานวนมาก เน�องจากตวทาละลายระเหยไมหมดกอนท�จะตกลงสแผนรองรบ สาหรบการศกษาน� พบวาอตราการไหลของสารละลายท�เหมาะสมคอ 0.8 มล. /ชม. 3.3 ผลของคาความตางศกยไฟฟาตอขนาดเสนใย

จากการใชสารละลายพอลเมอรโพลคาโปร-แลคโตนท�ความเขมขน 10% ผลตเสนใยโดยใชคาความตางศกยไฟฟาท� 8, 10 และ 13 kV โดยควบคมปจจยตอไปน� คอ ระยะหางระหวางเขมถงวสดรองรบ 9 ซม. อตราการไหลของสารละลาย 0.8 มล. /ชม. และความเรวรอบในการหมนของวสดรองรบ 110 รอบ/นาทพบวาความตางศกยไฟฟาทกคา สามารถทาใหเกด เสนใยได แตเสนใยมความสม�าเสมอแตกตางกนอยางชดเจน (ตารางท� 3 และรปท� 4) โดยเสนใยท�ไดมขนาดเสนผานศนยกลางเฉล�ยเทากบ 1173, 893 และ 1162 nm ตามลาดบ จากการศกษาพบวาท�คาความตางศกยไฟฟา 8 kV ไดเมดบดสขนาดใหญจานวนมากผสมกบเสนใย แสดงวาคาความตางศกยไฟฟาดงกลาวต�าเกนไป ทาใหสารละลายมการสะสมเปนหยดขนาดใหญท�ปลายเขมโลหะ กอนท�จะเกดการหยดออกมาสลบกบการถกดงเปนเสนใยขนาดเลกตกลงบนวสดรองรบ เม�อเพ�มคาความตางศกยไฟฟาข�นเปน 10 และ 13 kV พบวาเมดบดสท�พบมขนาดเลกลง และมจานวนนอยลง ทาใหไดเสนใยท�มขนาดสม�าเสมอมากข�นตามคาความตาง

KKU Res. J. 2011; 16(4) 377

ศกยไฟฟาท� เพ�มข� น จากการศกษาของ Deitzel

แ ล ะ ค ณ ะ ท� ผ ล ต เ สน ใ ย อ เ ลก โ ต ร ส ป น จ า กสารละลายพอลเมอร PEO (Deitzel et al., 2001) พบวาคาความตางศกยไฟฟาท� เขาไปในระบบสงผลตอรปรางของกรวยของเทเลอร โดยคาความตางศกยไฟฟาท�ต �าทาใหเกดหยดท�มลกษณะเปน pendent drop และเสนใยท�ถกผลตออกมาจะพบเมดบดสคอนขางสง แตเม�อเพ�มคาความตางศกยท�มา กพ อ ทาใ หบ ร เ วณ ปล า ย เ ขม เ ปล� ย นจ า ก pendent drop เกดเปนกรวยของเทเลอร ทาใหเ กดเปนเสนใย และลดการเกดเมดบดส จาก

การศกษาคร� งน� พบวาความตางศกยไฟฟาท�เหมาะสมในการผลตเสนใยคอ 13 kV 3.4 ผลของความเรวรอบของวสดรองรบกบขนาดของเสนใย

จากการศกษาท�ใชสารละลายพอลเมอรโพล-คาโปรแลคโตนท�ความเขมขน 10% ผลตเสนใยโดยใชคาความเรวรอบของวสดรองรบท� 0, 65, 88

และ 110 รอบ/นาทโดยควบคมปจจยตอไปน� ใหคงท� ไดแก ระยะหางระหวางเขมถงวสดรองรบ 9

ซม. คาความตางศกยไฟฟา 13 kV และอตราการไหลของสารละลาย 0.8 มล. /ชม. พบวาทกสภาวะสามารถทาใหเกดเสนใย โดยเสนใยท�ไดมขนาด

ตาราง 3. ผลของความตางศกยไฟฟาตอขนาดและลกษณะของเสนใย

Voltage (kV)

Average fiber diameter (nm)

ลกษณะของเสนใย

8 1240.00 ± 530.00b เสนใยมขนาดใหญ ไมเรยบ ไมตอเน�อง การกระจายตวของเสนใยคอนขางสง พบ

เมดบดสขนาดใหญกระจายตวสง

10 1173.81 ± 483.67b เสนใยมขนาดใหญ ไมเรยบ ไมตอเน�อง การกระจายตวของเสนใยคอนขางสง พบ

เมดบดสขนาดใหญกระจายตวสง

13 893.30 ± 403.07a เสนใยมขนาดเลก เรยบ ตอเน�อง การกระจายตวของเสนใยคอนขางสม�าเสมอ พบ

เมดบดสขนาดใหญกระจายตวสง

หมายเหต: สญลกษณ a และ b แสดงถงคาความตางศกยไฟฟาของสารละลายและขนาดเฉล�ยของเสนใยท�แตกตางกนอยางม

นยสาคญท� p-value < 0.05

ตาราง 4. ผลของความเรวรอบของวสดรองรบตอขนาดและลกษณะของเสนใย

Rotation rate (rpm)

Average fiber diameter (nm)

ลกษณะของเสนใย

0 920.35 ± 415.30a เสนใยมขนาดคอนขางใหญ เรยบ ตอเน�อง การกระจายตวของเสนใยคอนสง

พบเมดบดสเลกเพยงเลกนอย

65 1000.12 ± 410.34b เสนใยมขนาดเลก ไมเรยบ ไมตอเน�อง การกระจายตวของเสนใยคอนขางสง

พบเมดบดสขนาดเลกเพยงเลกนอย

88 1060.20 ± 430.35b เสนใยมขนาดเลก ไมเรยบ ไมตอเน�อง การกระจายตวของเสนใยคอนขางสง

พบเมดบดสขนาดเลกเพยงเลกนอย

110 893.30 ± 403.07a เสนใยมขนาดเลก เรยบ ตอเน�อง การกระจายตวของเสนใยคอนขางสม�าเสมอ

พบเมดบดสขนาดเลกเพยงเลกนอย

หมายเหต: สญลกษณ a และ b แสดงถงความเรวรอบของวสดรองรบและขนาดเฉล�ยของเสนใยท�แตกตางกนอยางมนยสาคญ

ท� p-value < 0.05

378 KKU Res. J. 2011; 16(4)

เสนผานศนยกลางเฉล�ยเทากบ 920, 1000, 1060

และ 893 nm ตามลาดบ (ดงแสดงในตารางท� 4 รปท� 5) เม�อใชความเรวรอบของวสดรองรบเพ�มข�นจาก 65, 88 และ 110 รอบ/นาท ตามลาดบ พบวาท� คาความเรวรอบท� สงข� น ทาใหเสนใยท�ไดมขนาดเฉล�ยลดลง และมการเรยงตวท�เปนระเบยบมากข�น จากการรายงานการศกษาของ Gaumer

และคณะ ในการผลตเสนใยโพลคาโปรแลคโตน พบวาอตราเรวรอบท� เพ�มข� นในชวงจาก 5,000-

16,000 รอบ/นาท มผลใหขนาดของเสนใยมแนวโนมลดลงและเสนใยท�ไดมการจดเรยงตวแบบขนานมากข�น (Gaumer et al., 2009) ดงน�นในการใชเคร� อง KKU drum electrospinning

unit เพ�อผลตเสนใยแบบขนานน�น จาเปนตองพฒนาใหสามารถเพ�มความเรวรอบใหไดมากข�นในระดบ 5,000-16,000 รอบ/นาท

4. สรป จากศกษาบางปจจยท� มผลตอลกษณะและ

ขนาดเสนใยของพอลเมอรโพลคาโปรแลคโตน ดวยเคร�อง KKU drum electrospinning unit ซ� งกาหนดใหระยะหางระหวางปลายเขมถงว สดรองรบคงท� ท� 9 ซม. พบวาคาความเขมขนท�เหมาะสม คอ 10% อตราการไหลของสารละลาย 0.8 มล. /ชม. คาความตางศกยไฟฟา 13 kV และความเรวรอบของวสดรองรบแบบหมน 110 รอบ/

นาทนอกจากน�นยงพบวาการเพ�มความเรวรอบท�สงข� น มแนวโนมของเสนใยท�มความสม�าเสมอและการจดเ รยงตวท� เพ�มข� น การศกษาปจจยขางตนท�มผลตอลกษณะและขนาดของเสนใยดวยพอลเมอรโพลคโปรแลคโตนท�ผลตจากเคร� อง KKU drum electrospinning unit น�สามารถใชเปนแนวทางในการเลอกหาสภาวะท�เหมาะสมในการผลตเสนใยจากพอลเมอรชนดอ�นๆ ตอไป และพฒนาเคร�องใหมประสทธภาพสงข�น 5. กตตกรรมประกาศ

โครงการน�ไดรบการสนบสนนจากศนยวจยนาโนเทคโนโลยบรณาการ มหาวทยาลยขอนแกน

สานกงานคณะกรรมการวจยแหงชาต และสานกงานคณะกรรมการอดมศกษา โครงการเครอขายกลยทธเพ�อการผลตและพฒนาอาจารยในสถาบนอดมศกษา ซ� งคณะผวจยขอขอบคณมา ณ โอกาสน� นอกจากน�ขอขอบคณ รศ.ดร. สนต แมนศร ท�อนเคราะหโปรแกรม Nano-VB

6. เอกสารอางอง Chew, S.Y., Wen. Y., Dzenis. Y. and Leong,

K.W. 2006. The role of electrospinning in

the emerging field of nanomedicine. Curr

Pharm Des. 12: 4751-4770.

Deitzel, J., Leinmeyer, J., Harris, D. and Tan,

N. 2001. The effect of processing vari-

ables on the morphology of electrospun

nanofibers and textiles. Polymer. 42: 261-

272.

Doshi, J. and Reneker, D. 1995. Electro-

spinning process and applications of

electrospun fibers. J Electrostatics. 35:

151-160.

Gaumer, J., Prasad, A., Lee, D. and Lannutti,

J. 2009. Structure-function relationships

and source-to-ground distance in electro-

spun polycaprolactone. Acta Biomater. 5:

1552-1561.

Li, D., Ouyang, G., McCann, J.T. and Xia, Y.

2005. Collecting electrospun nanofibers

with patterned electrodes. Nano Lett. 5:

913-916.

Lu, P. and Ding, B. 2008. Applications of

electrospun fibers. Recent Pat Nano-

technol. 2: 169-182.

Megelski, S., Stephens, J., Chase, D. and

Rabolt, J. 2002. Micro and nanostructured

surface morphology on electrospun poly-

mer fibers. Macromolecules. 35: 5465-

5466.

KKU Res. J. 2011; 16(4) 379

Nair, L.S., Bhattacharyya, S. and Laurencin,

C.T. 2004. Development of novel tissue

engineering scaffolds via electrospinning.

Expert Opin Biol Ther. 4: 659-668.

Pham, Q.P., Sharma, U. and Mikos, A.G.

2006. Electrospun poly(epsilon-caprolac-

tone) microfiber and multilayer nanofi-

ber/microfiber scaffolds: characterization

of scaffolds and measurement of cellular

infiltration. Biomacromolecules. 7: 2796-

2805.

Tong, H.W. and Wang, M. 2007. Electro-

spinning of aligned biodegradable poly-

mer fibers and composite fibers for tissue

engineering applications. J Nanosci

Nanotechnol. 7: 3834-3840.

Venugopal, J. and Ramakrishna, S. 2005.

Applications of polymer nanofibers in

biomedicine and biotechnology. Appl

Biochem Biotechnol. 125: 147-158.

Wan, Y.-Q., He, J.-H., Wu, Y. and Yu, J.-Y.

2006. Vibrorheological effect on electro-

spun polyacrylonitrile (PAN) nanofibers.

Materials Letters. 60: 3296–3300.

380 KKU Res. J. 2011; 16(4)

รปท� 2. ผลความเขมขนของสารละลายตอขนาดของเสนใย เม�อใชความเขมขนของสารละลาย เทากบ 4, 8, 10 และ 15% (ก-ง

ตามลาดบ) อตราการไหลของสารละลาย 0.8 มล./ชม. คาความตางศกย 13 kV ความเรวของวสดรองรบ 110 รอบ/นาท และ

ระยะทางระหวางเขมวสดรองรบ 9 ซม.

KKU Res. J. 2011; 16(4) 381

รปท� 3. ผลของอตราการไหลของสารละลายตอขนาดของเสนใย เม�อใชอตราการไหล เทากบ 0.8, 1, 1.5, 2 และ 3 มล./ชม. (ก-

จ ตามลาดบ) ความเขมขนของสารละลาย 10% คาความตางศกย 13 kV ความเรวของวสดรองรบ 110 รอบ/นาท และ

ระยะทางระหวางเขมถงวสดรองรบ 9 ซม.

382 KKU Res. J. 2011; 16(4)

รปท� 4. ผลของความตางศกยตอขนาดของเสนใย เม�อใชคาความตางศกย เทากบ 8, 10 และ 13 kV (ก-ค ตามลาดบ) ความ

เขมขนของสารละลาย 10% อตราการไหลของสารละลาย 0.8 มล./ชม. ความเรวของวสดรองรบ 110 รอบ/นาท และระยะทาง

ระหวางเขมถงวสดรองรบ 9 ซม.

KKU Res. J. 2011; 16(4) 383

รปท� 5. ผลของความเรวรอบของวสดรองรบกบขนาดของเสนใย เม�อความเรวรอบ เทากบ 0, 65, 88 และ 110 รอบ/min

(rpm) (ก-ง ตามลาดบ) ความเขมขนของสารละลาย 10% อตราการไหลของสารละลาย 0.8 มล./ชม. ความเรวของวสดรองรบ

110 รอบ/นาท และระยะทางระหวางเขมถงวสดรองรบ 9 ซม.