שיטה חדשה עבור הייצור של נשיטה חדשה עבור הייצור של ננו-סיבים זעירים, המורכבת משילוב של סרכזת מהירה ומכונה להכנת צמר-גפן מתוק, פותחה ע”י ביו-מהנדסים מאוניברסיטת הרווארד
ננו-סיבים זעירים, המורכבת משילוב של סרכזת מהירה ומכונה להכנת צמר-גפן מתוק, פותחה ע”י ביו-מהנדסים מאוניברסיטת הרווארד.
ההסתמכות של הכותב הראשי של המאמר המתאר את המחקר, Mohammad Reza Badrossamay, על התענוג של צמר-גפן מתוק, המצוי בירידי שעשועים מכוון, מאחר וגם המתקן הנוכחי טווה, מותח ומושך החוצה סיבים מבוססי-פולימרים שקוטרם מאה ננומטרים באמצעות סחרורה של פיית צינורית זעירה.
האמצאה, שעליה דווח בכתב-העת המדעי Nano Letters, תוכל להוות יתרון ברור לתעשייה מאחר וטמונה בה היכולת לשמש לפיתוח יישומיים אפשריים המשתרעים מייצור איברים מלאכותיים ויצירה מחודשת של רקמות ועד ביגוד ומסנני אוויר. החוקרים הגישו בקשה לפטנט על המצאה זו.
“זוהי שיטת הכנת ננו-סיבים היעילה יותר, במידה רבה, בהשוואה לשיטות קיימות, תוך קבלת תפוקת ייצור גבוהה יותר בעשרות מונים,” אומר אחד מהחוקרים. “השיטה שלנו תהיה מבוקשת מאוד בתעשייה, מאחר והמכונות הפשוטות יאפשרו ייצור של ננו-סיבים במעבדה. למעשה, בעזרת שיטה זו נוכל לקדם מאוד את התחום של ייצור ננו-בדים.”
בניגוד לכך, השיטה המקובלת ביותר כיום לייצור ננו-סיבים היא בעזרת סחרור חשמלי (electrospinning, הערך בוויקיפדיה), או ע”י הפעלת מתח חשמלי גבוה בתוך טיפת נוזל פולימרי לשם קבלת אניצים ארוכים של חוטים ננומטריים. למרות יעילותה של השיטה, היא מספקת בקרה מוגבלת ותפוקה נמוכה של הסיבים הרצויים.
החוקרים מהרווארד פנו לפתרון פשוט יותר, באמצעות השימוש בפייה סילונית מסתובבת. הזנה מהירה של החומר הפולימרי וסחרורו בתוך מיכל המצוי מעל מנוע הניתן לשליטה, מספקים בקרה גדולה וניצולת גבוהה יותר.
כאשר הוא מסתובב במהירות, החומר הפולימרי נמתח, בדומה למה שקורה לסוכר מותך המתחיל להתייבש לכדי רצועות זעירות דמויות משי. בדיוק כמו בייצור של צמר-גפן מתוק, ננו-הסיבים יוצאים דרך פיית צינורית זעירה בזכות השילוב של לחץ הידרוסטאטי וכוח צנטריפוגאלי. ערימת הסיבים היוצאים מהפייה יוצרים מעין מבנה כעך (בייגל) בקוטר של עשרה סנטימטרים.
“השיטה החדשה מאפשרת ייצור של פולימרים טבעיים ומלאכותיים וכמו-כן רמה גבוהה של בקרה לעומת שיטות מקובלות אחרות (fiber alignment, web porosity, hierarchical and spatial organization of fibrous scaffold ו- three-dimensional assemblies),” מציין החוקר.
החוקרים בחנו את ההתקן החדש ע”י שימוש במגוון פולימרים טבעיים ומלאכותיים כגון פולי-חומצה אצטית בתוך כלורופורם – פולימר ביו-מתפרק המיוצר מעמילן תירס או קנה-סוכר ומשמש כחלופה ידידותית לסביבה למוצרי פלסטיק כגון כוסות חד-פעמיים.
יתרה מכך, שיטת הסחרור המהיר מספקת רמה גבוהה של גמישות מאחר והקוטר של הסיבים ניתן לשינוי בקלות והמבנים המתקבלים ניתנים להתאמה למבנים תלת-מימדיים סדורים או לכל צורה פשוטה אחרת ע”י התאמת צורת האיסוף של הסיבים.
קבוצת מחקר אחרת, שהינה בעלת ניסיון נרחב בהנדסת רקמות לב, השתמשה גם היא בשיטה החדשנית לשם הכנת פיגומים להנדסת רקמות (מבנים מלאכותיים שעל-גבם מתפתחות וצומחות רקמות). רקמות לב שמקורן בעכברים שולבו באופן מבוקר בננו-סיבים, וכפי שנצפה כבר בעבר בשיטות אחרות, נוצר שריר פועם.
“הממצאים הללו הם השלב הראשון בפיתוח של שיטות ליצירת פיגומים ממוזערים בגוף החי,” מסביר החוקר. “הממצאים מוכיחים כי השיטה שלנו רב-תכליתית במידה רבה הן למחקר מדעי והן לשימושים יומיומיים. מאחר ואין היא מחייבת הפעלת מתח גבוה, היא מאפשרת נגישות רחבה לייצור ננו-סיבים עבור כל חוקר.”
בשלב הבא, החוקרים מתכוונים לשפר את היישומים עבור הנדסת רקמות ולחפש הזדמנויות לניצול האמצאה עבור יישומי בדים.
הידיעה מהאוניברסיטה
תגובה אחת
בהחלט שיטה יעילה להפיכת פסולת פולימרית לסיבים