Forskere udvikler en ny måde at fremstille nanofibre på

Forskere ved University of Georgia har udviklet en billig måde at fremstille ekstraordinært tynde polymerstrenge, almindeligvis kendt som nanofibre. Disse polymerer kan fremstilles af naturlige materialer som proteiner eller af menneskeskabte stoffer til fremstilling af plastik, gummi eller fiber, herunder biologisk nedbrydelige materialer.

Den nye metode, kaldet "magnetospinning" af forskerne, giver en meget enkel, skalerbare og sikre midler til fremstilling af meget store mængder nanofibre, der kan indlejres i en lang række materialer, herunder levende celler og lægemidler.

Mange tusinde gange tyndere end det gennemsnitlige menneskehår, nanofibre bruges af medicinske forskere til at skabe avancerede sårbandager – og til vævsregenerering, stoftest, stamcelleterapier og levering af lægemidler direkte til infektionsstedet. De bruges også i andre industrier til fremstilling af brændselsceller, batterier, filtre og lysemitterende skærme.

"Den proces, vi har udviklet, gør det muligt for næsten alle at fremstille nanofibre af høj kvalitet uden behov for dyrt udstyr, " sagde Sergiy Minko, studie medforfatter og Georgia Power Professor of Polymers, Fibre og tekstiler i UGA's College of Family and Consumer Sciences. "Dette reducerer ikke kun omkostningerne, men det gør det også muligt for flere virksomheder og forskere at eksperimentere med nanofibre uden at bekymre sig for meget om deres budget."

I øjeblikket, den mest almindelige nanofiberfremstillingsteknik - elektrospinning - bruger højspændingselektricitet og specialdesignet udstyr til at producere polymerstrengene. Udstyrsoperatører skal have omfattende uddannelse for at bruge udstyret sikkert.

"I modsætning til andre nanofiberspinningsenheder, det meste af det udstyr, der bruges i vores enhed, er meget enkelt, " sagde Minko. "I bund og grund, alt hvad du behøver er en magnet, en sprøjte og en lille motor."

I laboratorieskala, et meget simpelt håndlavet setup er i stand til at producere spoler, der indeholder hundredvis af yards af nanofibre i løbet af få sekunder. Polymer, der er blevet smeltet eller gjort flydende i en opløsning, blandes med biokompatibelt jernoxid eller et andet magnetisk materiale og placeres inde i en kanyle. Denne nål placeres derefter i nærheden af ​​en magnet, der er fastgjort oven på et roterende cirkulært fad. Når magneten passerer forbi spidsen af ​​nålen, en dråbe af polymervæsken strækker sig ud og fæstner sig til magneten, danner en nanofiberstreng, der snor sig rundt om fadet, mens det fortsætter med at snurre.

Enheden kan dreje ved mere end 1, 000 omdrejninger i minuttet, tid nok til at skabe mere end 50 kilometer - eller omkring 31 miles - af ultratynde nanofiber.

Det er en forholdsvis simpel proces, men det producerer et produkt af meget høj kvalitet, sagde Alexander Tokarev, paper medforfatter og postdoc forskningsassistent i Minkos laboratorium.

"Det produkt, vi kan lave, er lige så tyndt og lige så stærkt som nanofibre skabt gennem andre metoder, sagde han. Plus, brugere behøver ikke at bekymre sig om sikkerhedsproblemerne ved brug af højspænding eller kompleksiteten af ​​andre maskiner."

Forskerne kan bruge denne metode til at skabe en række forskellige nanofibre blot ved at ændre polymeren placeret i sprøjten. De kan, for eksempel, skabe specialdesignede nanofibre, der vil fremme væksten af ​​stamceller. Fibre som disse bruges i øjeblikket til at skabe stilladser til laboratoriedyrkede væv og organer.

Nanofibre kan også fyldes med proteiner, nanorør, fluorescerende materialer og terapeutiske midler.

"Vi kan bruge næsten enhver form for polymer med denne platform, og vi kan skræddersy nanofibrene til forskellige applikationer, " sagde Minko. "Det er ligesom at lave mad. Vi ændrer bare lidt på ingredienserne, og den slags fiber, vi får, er meget forskellig."