מעצב בדים מייצר טכנולוגיה צייתנית של Nanofiber
Aug 31, 2019
כידוע לכולנו, על מנת לייצר פיסת בד יש ליצור את החוט בהתאם לדרישות הטכניות של מעצב הבדים ולשלב על פי כללים מסוימים. הננו-סיבים, שהם רק חמישית מילימטר בקוטר, יכולים להיות "צייתניים" כמו חוטים, שזורים בבדים כנדרש?
כיצד לארוג את הננו-סיבים האולטרה-דקים האלה כמו חוטים על הנול בדפוס שאנשים ציפו שזו בעיה שהטרידה מדענים בתחום החשמל-אלקטרוניים.
לאחרונה כתב העיתון חדשות מהמכון לקרמיקה בשנגחאי של האקדמיה הסינית למדעים. הם הצליחו להשתמש בטכנולוגיה מתקדמת אלקטרונית כדי להפוך את הננו-סיבים בלתי נראים לעין בלתי מזוינת "מצייתים" וכדי "לארוג" אריג בהתאם לרצונם של המדענים. , טבעות ואפילו קשרים סיניים, משובצות סקוטיות ודפוסים אחרים, ומדענים ניסו מגוון חומרים, יכולים "לארוג" ננו-בגדים עם תבניות רגילות.
בגיליון זה של חדר הקבלה של ליאנג פנג, הזמנו את אנשי המחקר והפיתוח של טכנולוגיה זו, צ'אנג-ג'יאנג, חוקר במכון הקרמיקה בשנגחאי של האקדמיה הסינית למדעים, להכיר לו את תחומי המחקר והפיתוח והיישום של זה. טכנולוגיה.
מנחה: אנא ספר לנו על מהי טכנולוגיית אלקטרודות ספינינג?
צ'אנג ג'יאנג: טכנולוגיית אלקטרוסטינפ היא שיטת עיבוד חדשה להכנת סיבים אולטרה-ראיים בקנה מידה ננו על ידי ריסוס תמיסת פולימר (או נמס) תחת פעולה של שדה חשמלי. מכשיר הכנה אלקטרוליס רגיל מורכב בעיקר משלושה חלקים: מקור מתח בעל מתח גבוה, מכשיר לאחסון נוזלים עם ספינרט מוליך ואספן. כאשר המכשיר פועל, מופעל לחץ גבוה על הספינרט, מה שיוצר שדה חשמלי בין זרבובית הלחץ הגבוה לבין אספן הלחץ הנמוך. כאשר המתח מוגבר במידה מסוימת, הפיתרון מתגבר על מתח השטח תחת פעולה של דחיה אלקטרוסטטית. וכוח ויסקו-אלסטי, שנפלט מהספינרט ויוצר סילון, המטוס מזיק בהדרגה במהלך הפעולה למקלט, ואילו הממס מתאדה, ובסופו של דבר יוצר סיב אלקטרospun על האספן.
חוטים אלה בדרך כלל בקוטר 50 עד 500 ננומטר. אם הוא מחושב בגובה 50 ננומטר, עובי שלהם הוא רק חמישית אלפית מקוטר השיער.
מנחה: בהשוואה לטכנולוגיית האלקטרוניקה הקודמת, מה המפתח להפיכת ננו-סיבים "לצייתנים"?
צ'אנג ג'יאנג: הטכנולוגיה שלנו נקראת באופן מדויק יותר "טכנולוגיית אלקטרוסטיינה ניתנת לשליטה" מכיוון שגילינו כי הצבתם של סיבים וסידורם נשלטים בעיקר על ידי שני סוגים של כוחות, שאחד מהם נמצא בספינרת. כוח השדה החשמלי הנוצר מהשדה האלקטרוסטטי בין המקלט לסיב האלקטרוני. כאשר הסיבים האלקטרוספוניים מופעלים לכיוון המקלט תחת הכוח החשמלי וקרוב לקולט, המטען האלקטרוסטטי על פני הסיב גורם לקוטביות ההפוכה של משטח האספן. המטען האלקטרוסטטי והמטען ההפוך מושכים זה את זה לייצר משיכה של קולומב, שהוא כוח חשוב נוסף שהזכרנו שמשפיע על התייצבות הסיבים ועל יישורם. לפיכך, על מנת לגרום לסיבים האלקטרוספוניים להיות "צייתנים" להפקדה וסידורם, יש צורך לשלוט על שני גורמים חשובים אלה.
בעזרת עיקרון זה, עיצבנו וניצלנו את תבניות האיסוף עם מבנים שונים כדי לשלוט על הכוחות המשפיעים על הצבת הסיבים ועל יישורם, והכנו פיגומי סיבים אלקטרוניים עם מבני דפוס והצמה מורכבים לשליטה. זהו צעד גדול קדימה מאשר טכנולוגיית בקרת האוריינטציה הסיבית הקודמת. ככל שהשליטה של הדפוס והמבנה הארוג משופרת עוד יותר, הננו-פיבר הופך להיות "צייתני", מה שמביא גם סיכוי יישומי רחב יותר לטכנולוגיית האלקטרוניקה.
מנחה: נכון לעכשיו, מאיזה סוג חומר נלקח הננו-פיבר הזה?
צ'אנג-ג'יאנג: כעת ניסינו להשתמש במגוון חומרים, כמו חומצה פולי-לקטטית, פוליקפרולקטון, פוליוויניל-פירולידון וכו ', ניתן להפוך לחומרים אלקטרוניים עם סיבים אלקטרוניים עם מבנה דפוסים ואריגה לשליטה.
מנחה: באילו תחומים אתה יכול למלא את התפקיד הגדול ביותר שלו?
צ'אנג ג'יאנג: בפירוט, תחום היישום הוא נרחב מאוד. נכון לעכשיו, לננו-סיבים אלקטרוניים יש פוטנציאל יישום נהדר בתחומי הרפואה ההתחדשות והנדסת הרקמות. לדוגמא, סיבים אלקטרוניים שיובנו מחומרים פולימריים התואמים היטב לרקמות עשויים לשמש כלי דם מלאכותיים, עור מלאכותי וחומרי עצם מלאכותיים לתיקון פגמים ברקמות כאלה. בנוסף, לננו-סיבים אלקטרוניים יש שווקים פוטנציאליים בתחומי האלקטרוניקה, הקטליזה, התעופה והחלל, הלבשה ואפילו תעשיות אחרות.
מנחה: כיצד מיישמים אותו בתחום הרפואי?
צ'אנג ג'יאנג: מכיוון שננו-סיבים אלקטרוניים דומים מאוד במבנה למטריצה החוץ-תאית הטבעית, יש להם מבנה נקבוביות טוב, בעלי חוזק ויציבות מסוימים, וקל לעיבוד וייצור. לכן זה אידיאלי לתיקון וחידוש רקמות איברים אנושיים. אחד מחומרי הסטנט. יש לו מגוון רחב של ערך יישום בתחום הנדסת הרקמות כמו סחוס, עצם, כלי דם, לב ועצב.
באופן כללי, כאשר לחולים יש נזק לאיברים ורקמות, אנו משתמשים בדרך כלל בשיטות אוטולוגיות או אלוגניות כדי לתקן או להחליף פצעים ופגמים, אך לעיתים קרובות בשיטה זו אין החיסרון של חוסר תורם או דחייה מספקים. בעתיד הקרוב אנו עשויים לשלב טכנולוגיית אלקטרוספinning עם טכנולוגיית הנדסת רקמות לתיקון נזק לרקמות אנושיות.
באופן ספציפי, פיגום התאים מכוון תחילה אלקטרוס על פי צורת הרקמה או האיבר שיוחלף או יתוקן על ידי המטופל, ואז תאי הזרעים התואמים יוצאים מהמטופל ומונחים על פיגום התא שהוכן בעבר לתרבות. פיגומים אלקטרוניים המורכבים מחומרים ביולוגיים מתכלים לא רק מעצבים את אברי העור או הרקמות החדשים במהלך צמיחתם, אלא גם מספקים מקום מתאים לפעילות הביולוגית של התאים ומייצרים השפעות מעוררות מסוימות. נציין כאן כי באמצעות הטכנולוגיה ה"ניתנת לשליטה "שהוצגה לעיל, אנו יכולים לתכנן תבנית איסוף להכנת חומר סיבי אלקטרospun עם מבנה דפוס מורכב ובלתי ניתן לשליטה, וכדי לעורר את התא לייצר טוב יותר על ידי שליטה במיקרו של הסטנט. תגובה ביולוגית. עם התפשטות והתמיינות התאים נוצרים בהדרגה רקמות ואיברים עד לתיקון הפגמים לחלוטין, וחומר הפיגומים מושפל בהדרגה. כתוצאה מכך, המטופל נולד מחדש, והפיגום האלקטרוני, המשמש כמצע צמיחה, מילא את ייעודו.