 Исследователи из Университета Джорджии разработали недорогой способ изготовления необычайно тонких полимерных строк, обычно известных как нановолокна. Эти полимеры могут быть получены из природных материалов, таких как белки, или от техногенных веществ для изготовления пластмассы, резины или волокна, в том числе биоразлагаемых материалов.
Новый метод, получивший название «магнитовращение», обеспечивает очень простой, масштабируемый и безопасный способ для получения очень большого количества нановолокон, которые могут быть внедрены во множество материалов, в том числе в живые клетки и лекарства.
Имея толщину в тысячи раз меньше, чем средний человеческий волос, нановолокна используются медицинскими исследователями для создания передовых повязок, а также для регенерации тканей, тестирования лекарств, лечения стволовых клеток и доставки лекарств непосредственно к месту инфекции. Они также используются в других отраслях промышленности для изготовления топливных элементов, аккумуляторов, фильтров и светоизлучающих экранов.
«Процесс, который мы разработали, позволяет практически каждому производить высококачественные нановолокна без необходимости использвания дорогостоящего оборудования», сказал Сергей Минько, соавтор исследования. «Это не только снижает затраты, но и дает возможность компаниям и исследователям экспериментировать с нановолокнами, не беспокоясь слишком много о своем бюджете».
В настоящее время наиболее распространенная технология изготовления нановолокон, электровращение, использует электричество высокого напряжения и специально разработанное оборудование для производства полимеров. Операторы оборудования должны пройти обширную подготовку, чтобы безопасно использовать оборудование.
«В отличие от других устройств изготовления нановолокон, большинство оборудования, используемого в нашем устройстве, является очень простым в использовании», сказал Минько. «По сути, все, что вам нужно - это магнит, шприц и маленький двигатель.
В лабораторном масштабе очень простая ручная установка способна производить катушки, содержащие сотни ярдов нановолокон за считанные секунды. Полимер, расплавленный или сжиженный в растворе, смешивают с биологически совместимым оксидом железа или другим магнитным материалом, расположенным внутри иглы для подкожных инъекций. Эта игла затем устанавливается рядом с магнитом, который крепится на вершине вращающегося круга. Когда магнит проходит по кончику иглы, капелька полимерной жидкости растягивается и крепится к магниту, образуя нановолокно вокруг круга по мере того, как она продолжает вращаться.
Устройство может вращаться на более чем 1000 оборотов в минуту – времени, достаточного, чтобы создать более чем 50 километров (или около 31 миль) ультратонкого нановолокна.
«Это относительно простой процесс, но он производит очень качественный продукт», сказал Александр Токарев, соавтор и докторской научный сотрудник лаборатории. «Продукт, который мы способны сделать, является таким же тонким и прочным, как нановолокна, созданные с помощью других методов», сказал он. «Кроме того, пользователи не должны беспокоиться о вопросах безопасности с использованием высокого напряжения или сложных других машин».
Исследователи могут использовать этот метод для создания разнообразных нановолокон, просто изменив полимер, помещенный в шприц. Они могут, например, создать специально разработанные нановолокна, которые будут способствовать росту стволовых клеток. Волокна, подобные этим, в настоящее время используется для создания выращенных в лаборатории тканей и органов. Нановолокна также могут быть загружены в белки, нанотрубки, люминесцентные материалы и терапевтические агенты.
«Мы можем использовать почти любой вид полимера с этой платформой, и мы можем адаптировать нановолокна для различных приложений», сказал Минько. «Это как приготовление пищи. Мы просто изменяем ингредиенты, и получаем очень разные волокна».
|
