Onderzoekers van de Universiteit van Georgia hebben een goedkope manier ontwikkeld om buitengewoon dunne polymeerstrengen te maken die algemeen bekend staan ​​als nanovezels. Deze polymeren kunnen worden gemaakt van natuurlijke materialen zoals eiwitten of van door de mens gemaakte stoffen om plastic te maken, rubber of vezels, inclusief biologisch afbreekbare materialen.

De nieuwe methode, door de onderzoekers "magnetospinning" genoemd, biedt een zeer eenvoudige, schaalbare en veilige middelen voor het produceren van zeer grote hoeveelheden nanovezels die kunnen worden ingebed met een veelvoud aan materialen, inclusief levende cellen en medicijnen.

Vele duizenden keren dunner dan het gemiddelde mensenhaar, nanovezels worden door medische onderzoekers gebruikt om geavanceerde wondverbanden te maken - en voor weefselregeneratie, drugstest, stamceltherapieën en de levering van geneesmiddelen rechtstreeks op de plaats van infectie. Ze worden ook in andere industrieën gebruikt om brandstofcellen te vervaardigen, batterijen, filters en lichtgevende schermen.

"Het proces dat we hebben ontwikkeld, maakt het voor bijna iedereen mogelijk om hoogwaardige nanovezels te maken zonder dure apparatuur, " zei Sergiy Minko, studie co-auteur en de Georgia Power Professor of Polymers, Vezels en textiel in UGA's College of Family and Consumer Sciences. “Dit verlaagt niet alleen de kosten, maar het maakt het ook voor meer bedrijven en onderzoekers mogelijk om met nanovezels te experimenteren zonder zich al te veel zorgen te maken over hun budget."

Momenteel, de meest gebruikelijke fabricagetechniek voor nanovezels - electrospinning - maakt gebruik van hoogspanningselektriciteit en speciaal ontworpen apparatuur om de polymeerstrengen te produceren. Exploitanten van apparatuur moeten een uitgebreide training hebben gehad om de apparatuur veilig te gebruiken.

"In tegenstelling tot andere apparaten voor het spinnen van nanovezels, de meeste apparatuur die in ons apparaat wordt gebruikt, is heel eenvoudig, ' zei Minko. 'In wezen, alles wat je nodig hebt is een magneet, een spuit en een kleine motor."

Op laboratoriumschaal, een zeer eenvoudige, handgemaakte opstelling is in staat om binnen enkele seconden spoelen te produceren die honderden meters nanovezels bevatten. Polymeer dat in een oplossing is gesmolten of vloeibaar gemaakt, wordt gemengd met biocompatibel ijzeroxide of een ander magnetisch materiaal en in een injectienaald geplaatst. Deze naald wordt vervolgens in de buurt van een magneet geplaatst die bovenop een draaiende cirkelvormige plaat is bevestigd. Als de magneet langs de punt van de naald gaat, een druppel van de polymeervloeistof strekt zich uit en hecht zich aan de magneet, vormt een nanovezelsnaar die rond de schotel wikkelt terwijl deze blijft draaien.

Het apparaat kan draaien op meer dan 1, 000 omwentelingen per minuut, genoeg tijd om meer dan 50 kilometer – of ongeveer 50 kilometer – ultradunne nanovezel te maken.

Het is een relatief eenvoudig proces, maar het levert een product van zeer hoge kwaliteit op, zei Alexander Tokarev, paper co-auteur en postdoctoraal onderzoeksmedewerker in het laboratorium van Minko.

"Het product dat we kunnen maken is net zo dun en net zo sterk als nanovezels die met andere methoden zijn gemaakt, "zei hij. "Bovendien, gebruikers hoeven zich geen zorgen te maken over de veiligheidsproblemen van het gebruik van hoge spanningen of de complexiteit van andere machines."

De onderzoekers kunnen deze methode gebruiken om een ​​verscheidenheid aan nanovezels te maken door simpelweg het polymeer in de spuit te veranderen. Ze kunnen, bijvoorbeeld, maak speciaal ontworpen nanovezels die de groei van stamcellen zullen bevorderen. Dergelijke vezels worden momenteel gebruikt om steigers te maken voor in het laboratorium gekweekte weefsels en organen.

Nanovezels kunnen ook vol zitten met eiwitten, nanobuisjes, fluorescerende materialen en therapeutische middelen.

"We kunnen met dit platform bijna elk soort polymeer gebruiken, en we kunnen de nanovezels op maat maken voor verschillende toepassingen, "Zei Minko. "Het is net als koken. We veranderen alleen de ingrediënten een beetje, en het soort vezels dat we krijgen is heel anders."