Acclamato come un "incrocio tra una centrifuga ad alta velocità e una macchina per zucchero filato, " i bioingegneri di Harvard hanno sviluppato un nuovo, tecnologia pratica per la fabbricazione di minuscole nanofibre.

Il riferimento dell'autore principale Mohammad Reza Badrossamay al trattamento da fiera dello zucchero filato è intenzionale, mentre il dispositivo letteralmente - e altrettanto facilmente - gira, si allunga, e spinge fuori 100 fili a base di polimeri di diametro nanometrico utilizzando un tamburo rotante e un ugello.

L'invenzione, riportato nell'edizione online del 24 maggio di Nano lettere , potrebbe essere un vantaggio per l'industria, con potenziali applicazioni che vanno dagli organi artificiali e dalla rigenerazione dei tessuti agli indumenti e ai filtri dell'aria. I ricercatori hanno depositato un brevetto sulla loro scoperta.

"Questo è un metodo di gran lunga superiore alla produzione di nanofibre rispetto ai metodi tipici, con una produzione molte volte maggiore, ", afferma il co-autore Kit Parker, Thomas D. Cabot Professore Associato di Scienze Applicate e Professore Associato di Bioingegneria presso la Harvard School of Engineering and Applied Sciences (SEAS); un membro principale della facoltà del Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering ad Harvard; e membro dell'Harvard Stem Cell Institute. "La nostra tecnica sarà altamente desiderabile per l'industria, poiché le semplici macchine potrebbero facilmente portare la produzione di nanofibre in qualsiasi laboratorio. In effetti, con questa tecnica possiamo integrare i nanotessili".

Al contrario, il metodo più comune per creare nanofibre è attraverso l'elettrofilatura, o inviando un cambiamento elettrico ad alta tensione in una gocciolina di liquido polimerico per estrarre lunghi fili di fili su scala nanometrica. Pur essendo efficace, l'elettrofilatura offre un controllo limitato e una bassa produzione delle fibre desiderate.

I ricercatori di Harvard si sono rivolti a una soluzione più semplice, utilizzando la filatura a getto rotante. L'alimentazione rapida e la successiva rotazione del materiale polimerico all'interno di un serbatoio in cima a un motore controllabile offre un maggiore controllo e una maggiore resa.

Quando filato, il materiale si allunga in modo molto simile allo zucchero fuso quando inizia ad asciugarsi in sottili, nastri di seta. Proprio come nella produzione di zucchero filato, le nanofibre vengono estruse attraverso un ugello mediante una combinazione di pressione idrostatica e centrifuga.

La pila risultante di fibre estruse si forma in una forma simile a un bagel di circa 10 cm di diametro.

"Il nuovo sistema offre la fabbricazione di polimeri naturali e sintetici, nonché un notevole controllo sull'allineamento delle fibre e sulla porosità del nastro, organizzazione gerarchica e spaziale dell'impalcatura fibrosa e degli assemblaggi tridimensionali, "dice Badrossamay, un borsista post-dottorato al Wyss Institute e membro del laboratorio di Parker al SEAS.

I ricercatori hanno testato il nuovo dispositivo utilizzando una varietà di polimeri sintetici e naturali come l'acido polilattico in cloroformio, un polimero biodegradabile creato dall'amido di mais o dalla canna da zucchero che è stato utilizzato come alternativa ecologica alla plastica in oggetti come bicchieri usa e getta.

Inoltre, il metodo di filatura rapida fornisce un alto grado di flessibilità poiché il diametro delle fibre può essere facilmente manipolato e le strutture possono essere integrate in una struttura tridimensionale allineata o in qualsiasi forma semplicemente variando il modo in cui le fibre vengono raccolte.

Anche la forma delle fibre può essere alterata, che vanno da perline a strutturato a liscio.

Gruppo di biofisica della malattia di Parker (DBG), che ha una vasta esperienza nell'ingegneria dei tessuti cardiaci, ha anche utilizzato la tecnologia per formare scaffold di ingegneria tissutale, o strutture artificiali su cui il tessuto può formarsi e crescere.

Il tessuto cardiaco dei ratti è stato integrato e allineato con le nanofibre, e, come si è visto in studi precedenti, muscolo battente formato.

"Un paio di anni fa stavo visitando la Society of Laproscopic Surgeons per guardare le dimostrazioni dell'attrezzatura e mi sono reso conto che avevamo bisogno di sviluppare tecniche per miniaturizzare la produzione di scaffold in modo da poterlo fare in vivo. La nostra scoperta è il primo passo, " spiega Parker. "I test iniziali suggeriscono che la nostra tecnica è incredibilmente versatile sia per la ricerca che per le applicazioni quotidiane. Poiché la filatura a getto rotante non richiede alta tensione, porta davvero la fabbricazione di nanofibre a tutti."

I ricercatori prevedono di perfezionare ulteriormente il processo per le applicazioni di ingegneria dei tessuti e di cercare opportunità per sfruttare i progressi in altre applicazioni tessili.