CAAI 2601 Electrospinning / Electrospray

Nanoserat merupakan salah satu material nano berstruktur satu dimensi (1D) yang menjadi tema penelitian dan perhatian dari para ilmuwan dan pelaku industri selama dekade terakhir. Nanoserat yang disintesis dari berbagai macam bahan material polimer memiliki kelebihan diantaranya: perbandingan luas permukaan terhadap volume atau massa yang tinggi, memiliki struktur permukaan dan porositas yang dapat dikontrol. Karena itu, nanoserat sangat cocok diaplikasikan ke berbagai bidang seperti rekayasa jaringan, kedokteran, obat-obatan, makanan, kosmetik, filter udara, filter air, katalis, sensor, sel surya dan masih banyak lagi potensi bidang yang dapat diterapkan.

Salah satu teknik yang sangat terkenal hingga saat ini untuk sintesis nanoserat adalah electrospinning atau pemintalan elektrik. Teknik ini menawarkan kemampuan yang unik dalam menghasilkan nanoserat dengan diameter yang sangat kecil dan penampilan mekanik yang menarik serta struktur pori dan permukaan yang dapat dikontrol untuk beragam bahan material termasuk polimer, komposit dan keramik. Morfologi nanoserat yang dihasilkan oleh electrospinning tergantung pada berbagai faktor termasuk viskositas, konduktivitas, tegangan permukaan, laju alir larutan, dan laju penguapan pelarut, serta tegangan dan arus listrik yang digunakan. Cara kerja electrospinning yaitu dengan cara memberikan tegangan tinggi pada larutan polimer sehingga menghasilkan muatan dan medan listrik yang tinggi, akibatnya larutan akan tertarik menuju sebuah pengumpul serat (kolektor) yang biasanya berupa ground. Dalam selang waktu tertentu serat yang tertarik tersebut akan terkumpul menjadi sebuah lembaran yang menyerupai tisu.

CAAI 2601 (pengganti Nachriebe 601 mulai tahun 2020) adalah sistem elektrospinning yang mulai diproduksi pada tahun 2017 yang telah mengalami penyempurnaan pada beberapa bagian dari tipe sebelumnya (Nachriebe 600). Salah satu kelebihan utama dari sistem ini yaitu memiliki pengaturan parameter lingkungan seperti kelembaban dan suhu yang sangat terjaga dan termonitor. Kolektor drum, selain dapat berputar, kolektor ini juga dapat bergerak ke kanan-kiri (dilihat dari depan) yang dapat diatur kecepatannya untuk mengumpulkan serat dengan ketebalan yang seragam.  Selain itu, pada tipe ini juga telah dilakukan penambahan lensa eksternal pada kamera untuk mengamati bentuk kerucut serat (taylor cone) sehingga dapat menghasilkan gambar yang lebih jelas dan perbesaran yang lebih tinggi.Beberapa fitur yang terdapat pada alat ini mampu mendukung pengembangan riset nanoserat dalam skala laboratorium maupun produksi massal. Fitur tersebut diantaranya: power suplai tegangan tinggi yang dapat beroperasi hingga 20 kV dengan stabil, syringe pump yang sudah terkalibrasi, sistem pengatur kelembaban yang dapat diatur secara otomatis, dan fitur pendukung lainnnya.

Hingga saat ini, sistem ini telah diuji untuk memproduksi nanoserat dengan diameter yang bervariasi untuk aplikasi filter udara, filter air, filter jus, sistem penghantaran obat  dan aplikasi lainnya. 

Cara merujuk/sitasi penggunaan alat CAAI 2601 di paper:

“An electrospinning apparatus (CAAI 2601, Center of Aerosol and Analytical Instrumentation (CAAI), Bandung, Indonesia), was employed for fabricating the xxxx nanofibrous membranes. The schematic of the electrospinning system is illustrated elsewhere.[1-13]”

“The electrospinning system CAAI 2601 (CAAI 2601, Center of Aerosol and Analytical Instrumentation (CAAI), Bandung, Indonesia) was used to produce the xxxxx nanofibrous membranes [1-13]”

“Xxxxxx  nanofibrous mats were produced by an electrospinning system (CAAI 2601, Center of Aerosol and Analytical Instrumentation (CAAI), Bandung, Indonesia)[1-13]”

“Nanofiber membranes were fabricated using electrospinning apparatus (CAAI 2601, Center of Aerosol and Analytical Instrumentation (CAAI), Bandung, Indonesia) [1-13], which consists of a high voltage (HV) power supply, drum collector, syringe pump, and synthesis chamber with a controlled environment, as schematically shown in figure xx”

Keyword: Electrospinning, Electrospray, Indonesia, Nanofiber, Nanoparticle

Beberapa publikasi terkait alat ini:

  1. “Superhydrophilic Bilayer Structure of Nylon 6 Nanofibers/Cellulose Membrane and Its Characterization as Potential Water Filtration Media”, RSC Advances, Vol 10 (2020), 17205 – 17216,    https://doi.org/10.1039/D0RA01077D
  2. “Formation of electrosprayed composite nanoparticles from polyvinylpyrrolidone/mangosteen pericarp extract”, Advanced Powder Technology, Vol 31 (2020), 1811-1824  https://doi.org/10.1016/j.apt.2020.02.016
  3. “Electrospun nanofiber from various source of expanded polystyrene (EPS) waste and their characterization as potential air filter media”, Waste Management, Vol 103,(2020) 76-86   https://doi.org/10.1016/j.wasman.2019.12.017
  4. “Controlled morphology of electrospun nanofibers from waste expanded polystyrene for aerosol filtration”, Nanotechnology,  Vol 30 (42), (2019) 425602  https://doi.org/10.1088/1361-6528/ab2e3b
  5. “Turmeric extract-loaded polyvinylpyrrolidone spherical submicron particles produced using electrohydrodynamic atomization: their physico-chemical properties and antioxidant activity”, Materials Research Express, Vol 6 (8), (2019) 085415  https://doi.org/10.1088/2053-1591/ab272a
  6. “The synthesis of nanofiber membranes from acrylonitrile butadiene styrene (ABS) waste using electrospinning for use as air filtration media”, RSC Advances, Vol 9 (53),(2019) 30741-30751   https://doi.org/10.1039/C9RA04877D
  7. “Polyvinylpyrrolidone/cellulose acetate electrospun composite nanofibres loaded by glycerine and garlic extract with in vitro antibacterial activity and release behaviour test”, RSC advances, Vol 9 (45),(2019) 26351-26363  https://doi.org/10.1039/C9RA04072B
  8. “Mangosteen pericarp extract embedded in electrospun PVP nanofiber mats: physicochemical properties and release mechanism of alpha-mangostin”, International Journal of Nanomedicine, Vol.13 (2018), 4927-4941   DOI: 10.2147/IJN.S167670
  9. “An Investigation on Bilayer Structures of Electrospun Polyacrylonitrile Nanofibrous Membrane and Cellulose Membrane Used as Filtration Media for Apple Juice Clarification”, Materials Research Express, Vol. 5 (2018), 054003.   DOI: 10.1088/2053-1591/aac316
  10.  “Electrospun Polyvinylpyrrolidone (PVP)/Green Tea Extract Composite Nanofiber Mats and Their Antioxidant Activities”, Materials Research Express, Vol. 5 (2018), 054001.   DOI: 10.1088/2053-1591/aac1e6
  11. “Air Filtration Media from Electrospun Waste High-impact Polystyrene Fiber Membrane”, Materials Research Express, Vol. 5 (2018), 035049.  DOI: 10.1088/2053-1591/aab6ef
  12. “Correlation between Structures and Antioxidant Activities of Polyvinylpyrrolidone/Garcinia mangostana L. Extract Composite Nanofiber Mats Prepared Using Electrospinning”, Journal of Nanomaterials, Vol. 2017 (2017), 9687896.  DOI: 10.1155/2017/9687896
  13. “Intermolecular Interactions and the Release Pattern of Electrospun Curcumin-Polyvinyl(pyrrolidone) Fiber”, Biological and Pharmaceutical Bulletin, Vol. 39 (2016), pp. 163-173.    https://doi.org/10.1248/bpb.b15-00391
SpesifikasiCAAI 2601 ElectrospinningCAAI  2650 Constant Current Electrospinning
Dimensi chamber (p x l x t)65 x 40 x 55 cmBahan material : akrilik 8mm65 x 40 x 55 cmBahan material : akrilik 8mm
Sistem pendukung kedap udara·         Di bagian pintu terisolasi oleh karet·         Kabel ke dalam chamber menggunakan konektor PG-7 cable gland   ·         Engsel dan pengunci pintu menggunakan bahan stainless·         Di bagian pintu terisolasi oleh karet·         Kabel ke dalam chamber menggunakan konektor PG-7 cable gland   ·         Engsel dan pengunci pintu menggunakan bahan stainless
Input Power220 VAC220 VAC
GroundKabel ground single pada bagian belakangKabel ground single pada bagian belakang
High voltage·         Tegangan operasi 0 – 20 kV dengan stabil·         Sistem Automatic Zero Voltage, sehingga dapat langsung dimatikan setelah digunakan·         Tegangan operasi 0 – 20 kV dengan stabil·         Sistem Automatic Zero Voltage, sehingga dapat langsung dimatikan setelah digunakan
Syringe pump·         Bahan body : akrilik·         Sistem pendorong menggunakan linear guide dan drat dari bahan stainless yang kokoh, sehingga kecil kemungkinan untuk slip·         Motor stepper 12V 0.4A 1.8o, 3 kg.cm·         Satuan flowrate : ml/menit, ml/jam, µl/menit dan µl/jam·         Bahan body : akrilik·         Sistem pendorong menggunakan linear guide dan drat dari bahan stainless yang kokoh, sehingga kecil kemungkinan untuk slip·         Motor stepper 12V 0.4A 1.8o, 3 kg.cm·         Satuan flowrate : ml/menit, ml/jam, µl/menit dan µl/jam
Pengaturan parameter kelembaban dan temperatur·         Operated exhaust pump:  35 lpm·         Sensor kelembaban dan temperatur:  DHT 21·         Material penurun kelembaban: silika gel·         Dimensi tabung silika gel : 8 x 8 x 25 cm·         Operated exhaust pump: 35 lpm·         Sensor kelembaban dan temperatur:  DHT 21·         Material penurun kelembaban: silika gel·         Dimensi tabung silika gel : 8 x 8 x 25 cm
Monitoring Cone jet·         Kamera : Bentz Digital Zoom CCD camera DSP30x·         Display : 7 inch TFT LCD color monitor 16:9 wide screen·         Dapat dikoneksikan ke komputer untuk di capture·         Kamera : Bentz Digital Zoom CCD camera DSP30x·         Display : 7 inch TFT LCD color monitor 16:9 wide screen·         Dapat dikoneksikan ke komputer untuk di capture
Kolektor·         Rotary drum collector,·         Dimensi silinder: diameter 5.5 cm, panjang 12 cm·         Bahan: alumunium·         Dapat bergerak ke kanan-kiri untuk membuat penyeberan kumpulan serat di kolektor lebih merata·         Tegangan operasi motor : 12V (adjustable)·         Rotary drum collector,·         Dimensi silinder: diameter 5.5 cm, panjang 12 cm·         Bahan: alumunium·         Dapat bergerak ke kanan-kiri untuk membuat penyeberan kumpulan serat di kolektor lebih merata·         Tegangan operasi motor : 12V (adjustable)
Sistem pengukur arus konstan·         Arus maksimal yang dapat dioperasikan: 0,2 ; 0.4, 1.2 µA·         Semua kontrol (flowrate, arus, tegangan, kelembaban, capture cone jet) berada dalam satu aplikasi·         Data tersimpan otomatis di Ms. Excel·         Sensor arus dengan kabel berkualitas (low noise)