Harvard-onderzoekers hebben een lichtgewicht, draagbaar apparaat voor de fabricage van nanovezels dat ooit zou kunnen worden gebruikt om wonden op een slagveld te kleden of om shoppers te kleden in aanpasbare stoffen. Het onderzoek werd onlangs gepubliceerd in Macromoleculaire materialen en techniek .

Er zijn veel manieren om nanovezels te maken. Deze veelzijdige materialen - waarvan de doeltoepassingen alles omvatten, van weefseltechniek tot kogelvrije vesten - zijn gemaakt met behulp van centrifugale kracht, capillaire kracht, elektrisch veld, uitrekken, blazen, smeltend, en verdamping.

Elk van deze fabricagemethoden heeft voor- en nadelen. Bijvoorbeeld, Rotary Jet-Spinning (RJS) en Immersion Rotary Jet-Spinning (iRJS) zijn nieuwe productietechnieken die zijn ontwikkeld in de Disease Biophysics Group aan de Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) en het Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering . Zowel RJS als iRJS lossen polymeren en eiwitten op in een vloeibare oplossing en gebruiken centrifugale kracht of precipitatie om polymeerstralen te verlengen en te laten stollen tot vezels op nanoschaal. Deze methoden zijn geweldig voor het produceren van grote hoeveelheden van een reeks materialen, waaronder DNA, nylon, en zelfs Kevlar - maar tot nu toe waren ze niet bijzonder draagbaar.

De Disease Biophysics Group heeft onlangs de ontwikkeling aangekondigd van een handapparaat dat snel nanovezels kan produceren met nauwkeurige controle over de vezeloriëntatie. Het reguleren van de uitlijning en afzetting van vezels is cruciaal bij het bouwen van nanovezelsteigers die sterk uitgelijnd weefsel in het lichaam nabootsen of bij het ontwerpen van gebruikskleding die in een specifieke vorm past.

"Ons hoofddoel voor dit onderzoek was om een ​​draagbare machine te maken waarmee je controleerbare afzetting van nanovezels kunt bereiken, " zei Nina Sinatra, een afgestudeerde student in de Disease Biophysics Group en co-eerste auteur van het papier. "Om dit soort point-and-shoot-apparaten te ontwikkelen, we hadden een techniek nodig die sterk uitgelijnde vezels kon produceren met een redelijk hoge doorvoer."

De nieuwe fabricagemethode, genaamd pull-spinning, maakt gebruik van een snelle roterende borstel die in een polymeer- of eiwitreservoir dompelt en een druppel uit de oplossing in een straal trekt. De vezel reist in een spiraalvormige baan en stolt voordat ze loskomen van de borstelharen en naar een collector gaan. In tegenstelling tot andere processen, waarbij meerdere fabricagevariabelen betrokken zijn, pull-spinning vereist slechts één verwerkingsparameter - oplossingsviscositeit - om de diameter van de nanovezel te reguleren. Minimale procesparameters vertalen zich in gebruiksgemak en flexibiliteit op de bank en, op een dag, in het veld.

Pull-spinning werkt met een reeks verschillende polymeren en eiwitten. De onderzoekers demonstreerden proof-of-concept-toepassingen met behulp van polycaprolacton en gelatinevezels om de groei en functie van spierweefsel op bioscaffolds te sturen, en nylon- en polyurethaanvezels voor point-of-wear kleding.

"Deze eenvoudige, proof-of-concept studie toont het nut van dit systeem voor point-of-use productie, " zei Kit Parker, de Tarr Family Professor of Bioengineering and Applied Physics en directeur van de Disease Biophysics Group. "Toekomstige toepassingen voor de gerichte productie van aanpasbare nanotextielen zouden zich kunnen uitstrekken tot spray-on sportkleding die het lichaam van een atleet geleidelijk verwarmt of koelt, steriel verband dat direct op een wond wordt aangebracht, en stoffen met plaatselijk variërende mechanische eigenschappen."