La fabricación ecológica se está convirtiendo en un proceso cada vez más crítico en todas las industrias, impulsado por una creciente conciencia de los impactos negativos en el medio ambiente y la salud asociados con las prácticas tradicionales. En la industria de biomateriales, El electrohilado es un método de fabricación universal utilizado en todo el mundo para producir mallas fibrosas de nano a microescala que se asemejan mucho a la arquitectura de tejido nativo. El proceso, sin embargo, ha utilizado tradicionalmente disolventes que no solo son peligrosos para el medio ambiente, sino que también representan una barrera significativa para la ampliación industrial, traducción clínica, y, por último, uso extendido.

Los investigadores de Columbia Engineering informan que han desarrollado un proceso de "electrohilado ecológico" que aborda muchos de los desafíos para ampliar este método de fabricación. desde la gestión de los riesgos medioambientales del almacenamiento y la eliminación de disolventes volátiles en grandes volúmenes hasta el cumplimiento de los estándares de salud y seguridad durante la fabricación y la implementación. El nuevo estudio del equipo, publicado el 28 de junio de 2021, por Biofabricación , detalla cómo han modernizado la fabricación de nanofibras de polímeros biológicos y sintéticos ampliamente utilizados (por ejemplo, poli-α-hidroxiésteres, colágeno), mezclas de polímeros, y compuestos de polímero-cerámica.

El estudio también subraya la superioridad de la fabricación ecológica. Las fibras "verdes" del grupo exhibieron propiedades mecánicas excepcionales y preservaron la bioactividad del factor de crecimiento en comparación con las fibras tradicionales. que es esencial para aplicaciones de ingeniería de tejidos y administración de fármacos.

La medicina regenerativa es una industria global de $ 156 mil millones, uno que está creciendo exponencialmente. El equipo de investigadores, dirigido por Helen H. Lu, Percy K. y Vida L.W. Profesor Hudson de Ingeniería Biomédica, quería abordar el desafío de establecer prácticas de fabricación ecológicas escalables para biomateriales biomiméticos y andamios utilizados en la medicina regenerativa.

"Creemos que este es un cambio de paradigma en la biofabricación, y acelerará la traducción de biomateriales escalables y andamios biomiméticos para la ingeniería de tejidos y la medicina regenerativa, "dijo Lu, líder en investigación sobre interfaces de tejidos, particularmente el diseño de biomateriales y estrategias terapéuticas para recrear la sincronía natural del cuerpo entre los tejidos. "El electrohilado verde no solo conserva la composición, química, arquitectura, y biocompatibilidad de fibras tradicionalmente electrohiladas, pero también mejora sus propiedades mecánicas al duplicar la ductilidad de las fibras tradicionales sin comprometer el rendimiento o la resistencia máxima a la tracción. Nuestro trabajo proporciona una solución más biocompatible y sostenible para la fabricación escalable de nanomateriales ".

El equipo, que incluía a varios estudiantes de doctorado de BME del grupo de Lu, Christopher Mosher Ph.D.'20 y Philip Brudnicki, así como Theanne Schiros, un experto en síntesis textil con conciencia ecológica que también es científico investigador en Columbia MRSEC y profesor asistente en FIT, aplica principios de sostenibilidad a la producción de biomateriales, y desarrolló un proceso de electrohilado ecológico probando sistemáticamente lo que la FDA considera disolventes biológicamente benignos (Q3C Clase 3).

Identificaron el ácido acético como un solvente verde que exhibe un bajo impacto ecológico (Evaluación del ciclo de vida de las mentes sostenibles) y soporta un chorro de electrohilado estable en condiciones de fabricación de rutina. Al ajustar los parámetros de electrohilado, como la distancia entre la placa y la aguja y el caudal, los investigadores pudieron mejorar la fabricación de polímeros biomédicos de investigación y estándar de la industria, reducir los impactos de fabricación perjudiciales del proceso de electrohilado de tres a seis veces.

Los materiales ecológicos electrohilados se pueden utilizar en una amplia gama de aplicaciones. El equipo de Lu está trabajando actualmente para seguir innovando estos materiales para aplicaciones ortopédicas y dentales, y expandiendo este proceso de fabricación ecológico para la producción escalable de materiales regenerativos.

"Se ha hecho referencia a la biofabricación como la 'cuarta revolución industrial' después de las máquinas de vapor, energía eléctrica, y la era digital para automatizar la producción en masa, "señaló Mosher, el primer autor del estudio. "Este trabajo es un paso importante hacia el desarrollo de prácticas sostenibles en la próxima generación de fabricación de biomateriales, que se ha vuelto primordial en medio de la crisis climática global ".