70% 에탄올 용액을 사용하는 기술적 근거는 표면 에너지 호환성에 있습니다. 폴리카프로락톤(PCL)은 본질적으로 소수성이므로 순수한 수용액으로 젖는 것을 방지합니다. 에탄올을 첨가하면 분산 매체의 표면 장력이 크게 낮아져 Ti3C2Tx MXene이 소수성 장벽을 극복하고 스캐폴드의 미세 다공성 구조를 침투할 수 있습니다.
70% 에탄올 용액은 친수성 MXene 분산액과 소수성 PCL 스캐폴드 사이의 간극을 메우는 중요한 습윤제로 작용합니다. 계면 장력을 낮춰 깊은 기공 침투를 가능하게 하고 MXene 시트가 섬유 표면에 정전기적 자가 조립되도록 합니다.
소수성 장벽 극복
PCL 표면의 과제
폴리카프로락톤(PCL)은 소수성 고분자입니다. 이는 표면이 자연적으로 물을 밀어내어 액체가 퍼지는 것을 방지하는 높은 접촉각을 형성한다는 것을 의미합니다.
수용액 분산액이 실패하는 이유
MXene은 일반적으로 친수성이며 물에 안정적입니다. 그러나 PCL에 순수한 수용액 MXene 현탁액을 적용하면 물의 높은 표면 장력으로 인해 상호 작용이 방해됩니다.
액체는 스캐폴드에 스며들기보다는 표면에 맺힐 가능성이 높습니다. 이로 인해 균일한 기능화 대신 표면적이고 얼룩덜룩한 코팅이 됩니다.
에탄올 보조 코팅 메커니즘
표면 장력 감소
에탄올은 이 맥락에서 계면활성제 역할을 합니다. 분산액에 혼합하면 액체 상의 표면 장력이 크게 감소합니다.
깊은 기공 침투 가능
PCL 스캐폴드는 종종 복잡한 미세 다공성 구조를 가지고 있습니다. 낮은 표면 장력은 용매가 이를 가로질러 다리를 놓는 대신 이러한 미세 기공에 들어가도록 합니다.
이를 통해 MXene 나노 시트가 스캐폴드의 외부 주변뿐만 아니라 내부 표면에도 전달됩니다.
정전기적 자가 조립 촉진
코팅 공정은 단순한 물리적 흡수 이상의 것을 포함합니다. 여기에는 정전기적 인력이 포함됩니다.
MXene 나노 시트는 음전하를 띱니다. 에탄올이 액체가 PCL 섬유를 적시게 하면 이 나노 시트는 표면에 충분히 가까이 다가가 섬유에 자가 조립되어 안정적이고 균일한 코팅을 형성할 수 있습니다.
절충점 이해
용해도 및 분산 균형
에탄올은 습윤성을 향상시키지만 MXene 분산액의 안정성을 유지하는 것이 중요합니다.
MXene은 물에서 가장 안정적입니다. 용매를 도입할 때는 MXene 시트가 응집되거나 용액에서 침전되지 않도록 습윤을 돕는 비율(예: 70%)로 수행해야 합니다.
스캐폴드 무결성 보존
용매 선택은 고분자를 용해하지 않고 적셔야 합니다.
PCL은 일반적으로 클로로포름과 같은 강한 용매에 비해 에탄올에 내성이 있지만, 코팅 공정 중에 스캐폴드 구조가 그대로 유지되도록 농도를 최적화해야 합니다.
코팅 전략 최적화
PCL 스캐폴드의 성공적인 기능화를 보장하기 위해 특정 목표에 따라 다음 사항을 고려하십시오.
- 균일성이 주요 초점인 경우: 70% 에탄올 용액을 사용하여 분산액이 PCL 섬유와 낮은 접촉각을 형성하여 고르게 퍼지도록 하십시오.
- 깊은 침투가 주요 초점인 경우: 에탄올 함량에 의존하여 표면 장력을 충분히 낮춰 액체가 스캐폴드의 가장 작은 미세 기공으로 들어가도록 하십시오.
- 코팅 안정성이 주요 초점인 경우: 용매 환경이 MXene이 자가 조립되고 표면에 부착되는 데 필요한 정전기적 상호 작용을 촉진하도록 하십시오.
효과적인 스캐폴드 기능화는 화학적 상호 작용이 일어나도록 하기 위해 초기 표면 장력 장벽을 극복하는 데 전적으로 달려 있습니다.
요약 표:
| 요인 | 순수 수용액 분산액 | 70% 에탄올 용액 |
|---|---|---|
| 표면 장력 | 높음 (수성) | 낮음 (에탄올로 감소) |
| PCL 상호 작용 | 밀어냄 (구슬 모양) | 표면 습윤 (고르게 퍼짐) |
| 기공 침투 | 표면적/외부만 | 미세 기공으로 깊은 침투 |
| 코팅 결과 | 얼룩덜룩하고 고르지 않음 | 안정적이고 균일한 자가 조립 |
| MXene 안정성 | 최대 | 습윤 및 분산 균형 |
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참고문헌
- Jianfeng Li, Joyce K. S. Poon. 3D printed titanium carbide MXene-coated polycaprolactone scaffolds for guided neuronal growth and photothermal stimulation. DOI: 10.1038/s43246-024-00503-6
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