Harvard-forskare har utvecklat en lätt, bärbar nanofibertillverkningsenhet som en dag skulle kunna användas för att klä sår på ett slagfält eller klä shoppare i anpassningsbara tyger. Forskningen publicerades nyligen i Makromolekylära material och teknik .

Det finns många sätt att tillverka nanofibrer. Dessa mångsidiga material – vars målapplikationer inkluderar allt från vävnadsteknik till skottsäkra västar – har tillverkats med centrifugalkraft, kapillär kraft, elektriskt fält, stretching, blåser, smältande, och avdunstning.

Var och en av dessa tillverkningsmetoder har för- och nackdelar. Till exempel, Rotary Jet-Spinning (RJS) och Immersion Rotary Jet-Spinning (iRJS) är nya tillverkningstekniker utvecklade i Disease Biophysics Group vid Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) och Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering . Både RJS och iRJS löser upp polymerer och proteiner i en flytande lösning och använder centrifugalkraft eller utfällning för att förlänga och stelna polymerstrålar till fibrer i nanoskala. Dessa metoder är utmärkta för att producera stora mängder av en rad olika material - inklusive DNA, nylon, och till och med Kevlar – men tills nu har de inte varit särskilt bärbara.

The Disease Biophysics Group tillkännagav nyligen utvecklingen av en handhållen enhet som snabbt kan producera nanofibrer med exakt kontroll över fiberorienteringen. Att reglera fiberinriktning och avsättning är avgörande när man bygger nanofiberställningar som efterliknar högt inriktad vävnad i kroppen eller designar plagg som passar en specifik form.

"Vårt huvudmål för denna forskning var att göra en bärbar maskin som du kunde använda för att uppnå kontrollerbar avsättning av nanofibrer, sa Nina Sinatra, en doktorand i Disease Biophysics Group och medförfattare till uppsatsen. "För att utveckla den här typen av peka-och-skjut-enhet, vi behövde en teknik som kunde producera högt uppriktade fibrer med en rimligt hög genomströmning."

Den nya tillverkningsmetoden, kallas pull spinning, använder ett höghastighetsroterande borst som doppas ner i en polymer- eller proteinreservoar och drar en droppe från lösningen till en stråle. Fibern färdas i en spiralbana och stelnar innan den lossnar från borsten och rör sig mot en uppsamlare. Till skillnad från andra processer, som involverar flera tillverkningsvariabler, dragspinning kräver bara en bearbetningsparameter – lösningens viskositet – för att reglera nanofiberdiametern. Minimala processparametrar översätts till användarvänlighet och flexibilitet vid bänken och, en dag, på fältet.

Pull spinning fungerar med en rad olika polymerer och proteiner. Forskarna demonstrerade proof-of-concept-applikationer med polykaprolakton och gelatinfibrer för att styra muskelvävnadstillväxt och funktion på biobyggnadsställningar, och nylon- och polyuretanfibrer för slitagekläder.

"Detta enkla, proof-of-concept-studie visar användbarheten av detta system för point-of-use tillverkning, sa Kit Parker, familjen Tarr professor i bioteknik och tillämpad fysik och chef för Disease Biophysics Group. "Framtida tillämpningar för riktad produktion av anpassningsbara nanotextilier kan sträcka sig till sportkläder som sprayas på som gradvis värmer eller kyler en idrottares kropp, sterila bandage placerade direkt på ett sår, och tyger med lokalt varierande mekaniska egenskaper."