تصنيع ألياف نانوية مستوحاة من حلوى القطن

تم تطوير طريقة جديدة لإنتاج طريقة جديدة لإنتاج الألياف النانوية الدقيقة، تتكون من مزيج من جهاز طرد مركزي عالي السرعة وآلة حلوى القطن، من قبل مهندسين حيويين من جامعة هارفارد

تم تطوير ألياف نانوية صغيرة، تتكون من مزيج من جهاز طرد مركزي عالي السرعة وآلة حلوى القطن، بواسطة مهندسين حيويين من جامعة هارفارد.

إن اعتماد المؤلف الرئيسي للورقة البحثية، محمد رضا بدروساماي، على حلوى غزل البنات الموجودة في المعارض هو أمر مقصود، حيث أن الجهاز الحالي يقوم أيضًا بتدوير وتمديد وسحب ألياف بوليمرية يبلغ طولها مائة نانومتر. في القطر عن طريق غزل فوهة أنبوبية صغيرة.

يمكن أن يكون الاختراع، الذي تم نشره في المجلة العلمية Nano Letters، ميزة واضحة للصناعة لأنه يتمتع بالقدرة على استخدامه لتطوير التطبيقات المحتملة التي تتراوح من إنتاج الأعضاء الاصطناعية وتجديد الأنسجة إلى الملابس والملابس. مرشحات الهواء. وتقدم الباحثون بطلب للحصول على براءة اختراع لهذا الاختراع.

ويقول أحد الباحثين: "هذه هي الطريقة الأكثر كفاءة لتحضير الألياف النانوية، إلى حد كبير، مقارنة بالطرق الحالية، مع الحصول على عائد إنتاجي أعلى بعشرات الأمتار". "سيكون هناك طلب كبير على طريقتنا في الصناعة، حيث أن الآلات البسيطة ستسمح بإنتاج ألياف نانوية في المختبر. في الواقع، بمساعدة هذه الطريقة، سنكون قادرين على تحقيق تقدم كبير في مجال إنتاج الأقمشة النانوية."

وعلى النقيض من ذلك، فإن الطريقة الأكثر قبولًا اليوم لإنتاج الألياف النانوية هي بمساعدة الغزل الكهربائي (المدخل في ويكيبيديا)، أو من خلال تطبيق جهد كهربائي عالي داخل قطرة من سائل بوليمري للحصول على خيوط طويلة من خيوط النانومتر. وعلى الرغم من فعالية هذه الطريقة، إلا أنها توفر تحكمًا محدودًا وإنتاجية منخفضة للألياف المطلوبة.

تحول الباحثون في جامعة هارفارد إلى حل أبسط، باستخدام فوهة نفاثة دوارة. إن التغذية السريعة للمادة البوليمرية وتدويرها في حاوية موجودة فوق محرك يمكن التحكم فيه، توفر تحكمًا أكبر واستغلالًا أعلى.

وعندما تدور بسرعة، تتمدد المادة البوليمرية، على غرار ما يحدث للسكر المنصهر الذي يبدأ بالجفاف إلى شرائح صغيرة تشبه الحرير. تمامًا كما هو الحال في إنتاج حلوى القطن، تخرج الألياف النانوية من خلال فوهة أنبوبية صغيرة بفضل مزيج الضغط الهيدروستاتيكي وقوة الطرد المركزي. تشكل كومة الألياف الخارجة من الفوهة نوعًا من بنية الخبز التي يبلغ قطرها عشرة سنتيمترات.

ويشير الباحث إلى أن "الطريقة الجديدة تتيح إنتاج البوليمرات الطبيعية والاصطناعية بالإضافة إلى مستوى عالٍ من التحكم مقارنة بالطرق المقبولة الأخرى (محاذاة الألياف، ومسامية الويب، والتنظيم الهرمي والمكاني للسقالات الليفية والتجمعات ثلاثية الأبعاد)." .

واختبر الباحثون الجهاز الجديد باستخدام مجموعة متنوعة من البوليمرات الطبيعية والاصطناعية مثل حمض البولي أسيتيك في الكلوروفورم - وهو بوليمر قابل للتحلل يتم إنتاجه من نشا الذرة أو قصب السكر ويستخدم كبديل صديق للبيئة للمنتجات البلاستيكية مثل الأكواب التي تستخدم لمرة واحدة.

علاوة على ذلك، توفر طريقة الغزل السريع مستوى عالٍ من المرونة حيث يمكن تغيير قطر الألياف بسهولة ويمكن تكييف الهياكل الناتجة مع الهياكل العادية ثلاثية الأبعاد أو أي شكل بسيط آخر عن طريق ضبط طريقة جمع الألياف.

كما استخدمت مجموعة بحثية أخرى، تتمتع بخبرة واسعة في هندسة أنسجة القلب، الطريقة المبتكرة لإعداد السقالات لهندسة الأنسجة (هياكل اصطناعية تتطور وتنمو على ظهرها الأنسجة). تم دمج أنسجة القلب المشتقة من الفئران بطريقة خاضعة للرقابة باستخدام ألياف نانوية، وكما لوحظ سابقًا مع طرق أخرى، تم تشكيل عضلة نابضة.

يوضح الباحث: "تمثل هذه النتائج الخطوة الأولى في تطوير طرق إنشاء سقالات مصغرة في الجسم الحي". "تثبت النتائج أن طريقتنا متعددة الاستخدامات سواء للبحث العلمي أو للاستخدام اليومي. ونظرًا لأنه لا يتطلب تطبيق الجهد العالي، فإنه يتيح إمكانية الوصول على نطاق واسع إلى إنتاج الألياف النانوية لكل باحث."

وفي الخطوة التالية، ينوي الباحثون تحسين تطبيقات هندسة الأنسجة والبحث عن فرص للاستفادة من الاختراع في تطبيقات النسيج.

الخبر من الجامعة