Экологичное производство становится все более важным процессом во всех отраслях, чему способствует растущее осознание негативного воздействия на окружающую среду и здоровье, связанного с традиционными методами. В индустрии биоматериалов электроспиннинг — это универсальный метод изготовления, который используется во всем мире для производства нано- и микромасштабных волокнистых сеток, которые очень напоминают архитектуру нативных тканей. Однако в этом процессе традиционно использовались растворители, которые не только опасны для окружающей среды, но и создают значительный барьер для промышленного масштабирования, клинического применения и, в конечном итоге, широкого использования.

Как сообщает сайт xzoid, исследователи из Columbia Engineering сообщают, что они разработали процесс «зеленого электропрядения», который решает многие проблемы, связанные с расширением масштабов этого метода производства, от управления экологическими рисками, связанными с хранением летучих растворителей и их утилизацией в больших объемах, до соблюдения стандартов здоровья и безопасности в обоих случаях. изготовление и реализация. Новое исследование команды, опубликованное 28 июня 2021 года компанией Biofabrication, подробно описывает, как они модернизировали производство нановолокон из широко используемых биологических и синтетических полимеров (например, поли-α-гидроксиэфиров, коллагена), смесей полимеров и полимер-керамических композитов.

Исследование также подчеркивает превосходство экологичного производства. «Зеленые» волокна группы демонстрируют исключительные механические свойства и сохраняют биологическую активность фактора роста по сравнению с традиционными волокнами, что очень важно для приложений доставки лекарств и тканевой инженерии.

Регенеративная медицина — это мировая отрасль с оборотом 156 миллиардов долларов, которая растет в геометрической прогрессии. Группа исследователей, возглавляемая профессором биомедицинской инженерии Хелен Х. Лу, Перси К. и Видой Л. В. Хадсон, хотела решить проблему создания масштабируемых экологически чистых методов производства биомиметических биоматериалов и каркасов, используемых в регенеративной медицине.

«Мы думаем, что это смена парадигмы в биопроизводстве, и он ускорит трансляцию масштабируемых биоматериалов и биомиметических каркасов для тканевой инженерии и регенеративной медицины», — сказал Лу, лидер в исследованиях взаимодействия тканей, в частности разработки биоматериалов и терапевтических стратегий для воссоздание естественной синхронизации тканей тела. «Зеленое электропрядение не только сохраняет состав, химический состав, архитектуру и биосовместимость традиционных электропряденых волокон, но также улучшает их механические свойства, удваивая пластичность традиционных волокон без ущерба для текучести или предельной прочности на разрыв. Наша работа обеспечивает как более биосовместимые, так и устойчивое решение для масштабируемого производства наноматериалов ».

Команда, в которую вошли несколько докторантов BME из группы Лу, Кристофер Мошер, доктор философии’20 и Филип Бруднички, а также Теанна Широс, эксперт по экологически безопасному текстильному синтезу, который также является научным сотрудником Columbia MRSEC и доцентом в FIT. , применили принципы устойчивости к производству биоматериалов и разработали экологически чистый процесс электропрядения путем систематического тестирования того, что FDA считает биологически безвредными растворителями (Q3C Class 3).

Они определили уксусную кислоту как зеленый растворитель, который оказывает низкое воздействие на окружающую среду (оценка жизненного цикла Sustainable Minds®) и поддерживает стабильную струю электропрядения в обычных производственных условиях. Настроив параметры электропрядения, такие как расстояние между иглой и пластиной и скорость потока, исследователи смогли улучшить производство исследовательских и биомедицинских полимеров, соответствующих отраслевым стандартам, уменьшив пагубное воздействие процесса электропрядения на производство в три-шесть раз.

Зеленые материалы для электропрядения могут использоваться в самых разных областях. Команда Лу в настоящее время работает над дальнейшим усовершенствованием этих материалов для ортопедических и стоматологических применений и расширением этого экологически безопасного процесса производства для масштабируемого производства регенерирующих материалов.

«Биотехнология была названа« четвертой промышленной революцией »после паровых двигателей, электроэнергии и цифровой эпохи автоматизации массового производства», — отметил Мошер, первый автор исследования. «Эта работа является важным шагом на пути к развитию экологически безопасных методов производства биоматериалов следующего поколения, которые приобрели первостепенное значение в условиях глобального климатического кризиса».