Contribution to the study of nanofibers characterization obtained by electro-spinning : medical and composite application

Abstract

La filature par voie électrostatique consiste à dissoudre un polymère dans un solvant, puis soumettre cette solution à un champ électrostatique intense. Différents paramètres influencent l'obtention, la production et la régularité des nanofilaments obtenus. Parmi ces paramètres, il y a des paramètres physiques inhérents à la cabine de filage, des paramètres électriques et des paramètres liés à la solution. Pour obtenir des nanofilaments, la première étape est de déterminer le ou les meilleurs couples polymère-solvant ainsi que les conditions expérimentales optimales pour obtenir à la fois des produits homogènes et reproductibles. L'obtention de nanofilaments de caractéristiques mécaniques et de structures données est complexe et dépend à la fois de paramètres de filage, mais aussi des propriétés de la solution. Une des propriétés les plus importantes de la solution est sa viscosité. Il a donc été nécessaire d'étudier, pour différents couples solvant-polymère (PA, PAN, PLA, PHEA) leur comportement rhéologique. Ces études rhéologiques ont permises d'expliquer les morphologies des matériaux obtenus par la conformation macromoléculaire de la solution. Les non-tissés de nanofibres obtenus ont été caractérisés par Microscopie à Forces Atomiques (AFM), Microscopie Electronique à Transmission (MET) et à Balayage (MEE) pour les aspects morphologiques. D'autres caractérisations, thermique (DSC), spectroscopique (FTIR) et mécaniques (traction et indentation) ont complété la caractérisation de ces matériaux. A l'issue de l'étude précédente, les nanofibres ont été employées dans deux applications. (1) L'incorporation et la compatibilisation de nanorenforts à l'intérieur d'une matrice polymère (Polyacrylonitrile). L'influence sur les propriétés géométriques des nanofibres de façon globale, et plus finement, la morphologie de surface, ont été observées par une analyse AFM de nano-rugosité. (2) La réalisation à partir d'un biopolymère d'un guide tubulaire permettant la croissance cellulaire et la reconnexion de nerfs sectionnés. Il a fallu pour cela remplir un cahier des charges rigoureux en termes de dimensionnement, de structure, et de propriétés mécaniques.Electrospinning is a process to produce the fibers in nano scale by injecting the polymer solution through a metallic needle to a high voltage electrical field. Different parameters affect the process production and regularity of obtained nano-web. Among these parameters, there are physical parameters depending on the electrospinning booth, electrical parameters and polymer solution properties. For nanofibers production, the first step is to determine the most efficient polymer-solvent pairs and the optimal experimental conditions for both homogeneous and reproducible products. Obtaining mechanical and morphological properties of nanofibers nonwowen is complex and depends on the electrospinning parameters, but also the solution properties. One of the most important properties of the solution is its viscosity. It was therefore necessary to study for the selected pairs (PA, PAN, PLA, PHEA) their rheological behaviour. These rheological studios allow to explain the morphology of obtained nanofibers, which could be explained by the conformation of the macromolecules in the solution. Nonwoven nanofibers obtained were characterized by atomic force microscopy (AFM), transmission electron microscopy (TEM) and scanning electron microscopy (SEM) for morphological aspects. Other characterizations, thermal (DSC), spectroscopie (FTIR) and mechanical (tensile and indentation) completed the characterization of these materials. After these previous studios, the nanofibers have been used in two applications. (1) The incorporation of nanofillers and compatibilization within a polymer matrix (Polyacrylonitrile). The influence on the geometric properties of nanofibers, and surface morphology were observed by AFM nano-roughness analysis. (2) The production by electrospinning of a guide tube for cell growth and reconnection of severed nerves: from a biopolymer. The produced material had to meet strict specifications in terms of size, structure, and mechauical properties