Есть много способов сделать нановолокна. Эти универсальные материалы, целевые области применения которых включают все, от тканевой инженерии до пуленепробиваемых жилетов, были изготовлены с использованием центробежной силы, капиллярной силы, электрического поля, растяжения, выдувания, плавления и испарения.
У каждого из этих методов изготовления есть свои плюсы и минусы. Например, роторное струйное прядение (RJS) и иммерсионное вращательное струйное прядение (iRJS) — это новые производственные технологии, разработанные Группой биофизики болезней Гарвардской школы инженерии и прикладных наук им. Джона А. Полсона (SEAS) и Институтом Висс для Биологически вдохновленная инженерия.
И RJS, и iRJS растворяют полимеры и белки в жидком растворе и используют центробежную силу или осаждение для удлинения и отверждения полимерных струй в наноразмерные волокна. Эти методы отлично подходят для производства большого количества различных материалов, включая ДНК, нейлон и даже кевлар, но до сих пор они не были особенно портативными.Disease Biophysics Group недавно объявила о разработке портативного устройства, которое может быстро производить нановолокна с точным контролем их ориентации. Регулирование выравнивания и осаждения волокон имеет решающее значение при создании каркасов из нановолокон, которые имитируют сильно выровненные ткани в теле, или при разработке удобной одежды, которая соответствует определенной форме.
«Нашей главной целью этого исследования было создание портативного устройства, которое можно было бы использовать для достижения контролируемого осаждения нановолокон», — сказала Нина Синатра, аспирант группы Disease Biophysics и соавтор статьи. «Для разработки такого типа« наведи-и-стреляй »нам нужна была технология, которая могла бы производить высоко ориентированные волокна с достаточно высокой пропускной способностью».В новом методе производства, называемом вытяжным прядением, используется высокоскоростная вращающаяся щетина, которая погружается в резервуар с полимером или белком и вытягивает каплю из раствора в струю. Волокно движется по спиральной траектории и затвердевает перед отсоединением от щетины и перемещением к коллектору.
В отличие от других процессов, которые включают несколько производственных переменных, вытяжное прядение требует только одного технологического параметра — вязкости раствора — для регулирования диаметра нановолокна. Минимальные параметры процесса означают простоту использования и гибкость на рабочем месте, а однажды и в полевых условиях.Пул-прядение работает с целым рядом различных полимеров и белков. Исследователи продемонстрировали доказательственные возможности применения волокон поликапролактона и желатина для управления ростом и функционированием мышечной ткани на биоколесах, а также нейлоновых и полиуретановых волокон для ношения одежды.
«Это простое исследование, подтверждающее правильность концепции, демонстрирует полезность этой системы для производства на месте использования», — сказал Кит Паркер, профессор биоинженерии и прикладной физики семьи Тарр и директор Disease Biophysics Group. «В будущем сфера применения направленного производства настраиваемых нанотекстильных материалов может распространиться на спортивную одежду, наносимую распылением, которая постепенно нагревает или охлаждает тело спортсмена, стерильные бинты, накладываемые непосредственно на рану, и ткани с локально изменяющимися механическими свойствами».