Demostración de hilatura de fibras. Crédito:Universidad de Harvard
Los investigadores de Harvard han desarrollado un Dispositivo portátil de fabricación de nanofibras que algún día podría usarse para curar heridas en un campo de batalla o vestir a los compradores con telas personalizables. Materiales e ingeniería macromoleculares .
Hay muchas formas de fabricar nanofibras. Estos materiales versátiles, cuyas aplicaciones de destino incluyen todo, desde ingeniería de tejidos hasta chalecos antibalas, se han fabricado utilizando fuerza centrífuga, fuerza capilar, campo eléctrico, extensión, soplo, derritiendo, y evaporación.
Cada uno de estos métodos de fabricación tiene pros y contras. Por ejemplo, Rotary Jet-Spinning (RJS) e Immersion Rotary Jet-Spinning (iRJS) son técnicas de fabricación novedosas desarrolladas en el Grupo de Biofísica de Enfermedades de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard y el Instituto Wyss de Ingeniería de Inspiración Biológica . Tanto RJS como iRJS disuelven polímeros y proteínas en una solución líquida y utilizan la fuerza centrífuga o la precipitación para alargar y solidificar los chorros de polímero en fibras a nanoescala. Estos métodos son excelentes para producir grandes cantidades de una variedad de materiales, incluido el ADN, nylon, e incluso Kevlar, pero hasta ahora no han sido especialmente portátiles.
El Grupo de Biofísica de Enfermedades anunció recientemente el desarrollo de un dispositivo de mano que puede producir nanofibras rápidamente con un control preciso sobre la orientación de las fibras. La regulación de la alineación y deposición de las fibras es crucial cuando se construyen andamios de nanofibras que imitan el tejido altamente alineado en el cuerpo o se diseñan prendas de punto de uso que se ajustan a una forma específica.
Imágenes de microscopía electrónica de barrido de varias estructuras de andamios y alineaciones de fibras. Crédito:Christophe Chantre / Universidad de Harvard
"Nuestro principal objetivo para esta investigación era crear una máquina portátil que pudiera utilizar para lograr la deposición controlable de nanofibras, "dijo Nina Sinatra, estudiante de posgrado en el Grupo de Biofísica de Enfermedades y coautor del artículo. "Para desarrollar este tipo de dispositivo de apuntar y disparar, necesitábamos una técnica que pudiera producir fibras altamente alineadas con un rendimiento razonablemente alto ".
El nuevo método de fabricación, llamado pull spinning, utiliza una cerda giratoria de alta velocidad que se sumerge en un depósito de polímero o proteína y extrae una gota de la solución en un chorro. La fibra viaja en una trayectoria en espiral y se solidifica antes de desprenderse de la cerda y moverse hacia un colector. A diferencia de otros procesos, que involucran múltiples variables de fabricación, El hilado por tracción requiere sólo un parámetro de procesamiento, la viscosidad de la solución, para regular el diámetro de las nanofibras. Los parámetros mínimos del proceso se traducen en facilidad de uso y flexibilidad en el banco y, Un día, en el campo.
Pull spinning funciona con una variedad de diferentes polímeros y proteínas. Los investigadores demostraron aplicaciones de prueba de concepto utilizando policaprolactona y fibras de gelatina para dirigir el crecimiento y la función del tejido muscular en los bioandamios. y fibras de nailon y poliuretano para prendas de punto de uso.
"Así de simple, El estudio de prueba de concepto demuestra la utilidad de este sistema para la fabricación en el punto de uso, "dijo Kit Parker, el Profesor de Bioingeniería y Física Aplicada de la Familia Tarr y director del Grupo de Biofísica de Enfermedades. "Las aplicaciones futuras para la producción dirigida de nanotextiles personalizables podrían extenderse a la ropa deportiva en aerosol que calienta o enfría gradualmente el cuerpo de un atleta, vendajes estériles depositados directamente sobre una herida, y tejidos con propiedades mecánicas que varían localmente ".
Los investigadores demostraron que la ropa en el punto de uso se puede fabricar mediante el pull spinning. El equipo aplicó una red de fibra directamente en la articulación de la rodilla de una muñeca Barbie. Crédito:Nina Sinatra / Universidad de Harvard
Un esquema del aparato de hilado por tracción con una ilustración de una vista lateral de una fibra que se extrae del depósito de polímero. El sistema de giro por tracción consiste en una cerda giratoria que sumerge y tira de un chorro de polímero en una trayectoria en espiral. Crédito:Leila Deravi / Universidad de Harvard