آیا با روش ریسندگی چرخانه ای آشنایی دارید؟
اگر با این موضوع آشنایی ندارید بهتر است بدانید که ریسندگی جت چرخانه ای (RJS)، روشی است که توسط گروه Kit Parker’s Disease Biophysics ابداع شده است. از این روش برای تولید نانو الیاف استفاده می شود و مانند دستگاه تولید پشمک کار می کند.
چرا ریسندگی چرخانه ای ابداع شد؟
مواد لیفی- شناخته شده با خواص چقرمگی، دوام و قابلیت انعطاف- در همه چیز از جلیقه های ضدگلوله تا لاستیک ها، سامانه های فیلتراسیون و داربستهای سلولی برای مهندسی بافت و پزشکی ترمیمی مورد استفاده قرار میگیرند. خواص این مواد هر چه که الیاف کوچکتر میشوند، قوی تر و سخت تر می شود. اما تولید الیاف خاص که بسیار کوچک باشند، یک چالش مهندسی است. در حال حاضر، محققان دانشکده مهندسی و علوم کاربردی(SEAS) هاروارد جان پالسون و موسسه ویس برای مهندسی الهام بیولوژیکی در هاروارد روش جدیدی را برای تولید و جمع آوری نانوالیاف و کنترل اندازه و مورفولوژی آنها ابداع کردهاند. این روش میتواند منجر به تولید جلیقه های ضدگلوله و زرههای محکمتر و بادوامتر و داربستهای سلولی قوی تر برای ترمیم بافت شود. این تحقیق در مجله Macromolecular Materials and Engineering منتشر شده است. نانوالیاف قطری کوچکتر از یک میکرومتر دارند. اکثر روش های تولید نانو الیاف بر حل شدن پلیمرها در یک محلول استوار هستند که با تبخیر حلال، الیاف شکل می گیرند.
ریسندگی جت چرخانه ای(RJS)، روشی است که توسط گروه Kit Parker’s Disease Biophysics ابداع شده و مانند دستگاه تولید پشمک کار میکند. Parker استاد مهندسی زیستی و فیزیک کاربردی گروه Tarr در SEAS و عضو اصلی موسسه ویس می باشد. یک محلول پلیمری مایع درون مخزن بارگذاری شده و از طریق یک روزنه کوچک بواسطه نیروی گریز از مرکز که موجب چرخش دستگاه میشود، تحت فشار قرار می گیرد. همانطور که محلول مخزن را ترک می کند، حلال بخار شده، پلیمرها سفت شده و به صورت الیاف نازک و کوچک کشیده می شوند.
Parker بیان کرد: این پیشرفت مهم است چراکه به ما اجازه تولید محفاظ های بالستیک را می دهد که سبکتر، انعطاف پذیرتر و کاربردیتر از آنچه امروز در دسترس است، باشد. این اختراع نه تنها موجب نجات جان سربازان در جنگ می شود، بلکه به کاهش حرکات آسیب زای تکراری که سربازان در طول جنگ از آن رنج می برند، کمک می کند. به گفته گرانت گونزالس دانشجوی کارشناسی ارشد در SEAS و نویسنده اول مقاله، ریسندگی جت چرخانهای برای اکثر الیاف پلیمری که شما می خواهید تولید کنید، عالی است. با این حال، برخی از الیاف نیاز به حلالی دارند که به راحتی تبخیر نمی شود. برای مثال، پاراآرامید پلیمری که برای تولید کولار مورد استفاده قرار می گیرد در سولفوریک اسید حل میشود که تبخیر نمی شود. این محلول فقط در مقابل دیوارههای دستگاه بدون تشکیل الیاف رسوب می کند. روش های دیگر، مانند الکتروریسی که از یک میدان الکتریکی برای کشش پلیمر به یک لیف نازک استفاده می کند و همچنین نتایج ضعیفی برای کولار و سایر پلیمرها مانند آلجینات که برای داربستهای مهندسی بافت و DNA استفاده می شود، دارد.
گروه هاروارد بر این چالشها بواسطه توسعه یک سامانه ترریسی غلبه کرد، که از همان اصول به عنوان سامانه RJS استفاده می کند اما بر ته نشینی به جای تبخیر برای جدا کردن حلال از پلیمر متکی است. در این سامانه، که ریسندگی جت چرخانهای غوطه ور(iRJS)نامیده می شود، زمانیکه پلیمر از مخزن خارج می شود، ابتدا از یک ناحیه دارای هوای آزاد عبور داده می شود، جایی که پلیمرها کشیده شده و زنجیرها ردیف می شوند. سپس محلول وارد یک حمام مایع شده که حلال را حذف کرده و پلیمرها را برای ایجاد الیاف جامد ته نشین می کند. از آنجا که حمام نیز در حال چرخش می باشد- مانند آب در غذا ساز- نانوالیاف جریان گردابی را دنبال کرده و در اطراف جمع کننده در حال چرخش در مرکز دستگاه پیچیده می شوند.
کاربردهای روش ریسندگی چرخانه ای
با استفاده از این سامانه، گروه نانوالیاف نایلون، DNA، پاراآرامید مقاوم در برابر بالستیک و آلجینات تولید کردند. این گروه توانسته قطر لیف را بواسطه تغییر غلظت محلول، سرعت چرخش و فاصله طی شده توسط پلیمر از مخزن تا حمام تنظیم کند. گونزالس بیان کرد: بواسطه توانایی تعدیل استحکام لیف ما میتوانیم یک داربست سلولی ایجاد کنیم که میتواند از عضلات اسکلت و بافتهای طبیعی الهام بگیرد. این سامانه توانست به ما امکان تولید پانسمان زخم از مواد یا دانه های آلجیناتی و سلولهای رشد کرده بر روی داربست ها برای مهندسی بافت را بدهد. از آنجا که الیاف بواسطه یک گرداب چرخشی جمع آوری شدند، این سامانه همچنین ورقه های کاملا ترازشده ای را تولید کردند که برای ایجاد داربست و مواد مقاوم در برابر بالستیک اهمیت دارند.