นักออกแบบผ้าทำให้เทคโนโลยีผู้เชื่อฟัง Nanofiber
Aug 31, 2019
อย่างที่เราทุกคนรู้เพื่อที่จะผลิตผ้าชิ้นหนึ่งเส้นด้ายควรจะเกิดขึ้นตามข้อกำหนดทางเทคนิคของนักออกแบบผ้าและรวมกันตามกฎบางอย่าง nanofibers ซึ่งมีขนาดเพียงหนึ่งในห้าของมิลลิเมตรสามารถเป็น "เชื่อฟัง" เหมือนไหมพรมทอเป็นผ้าตามต้องการ?
วิธีการสานเส้นใยนาโนที่ละเอียดอ่อนเหล่านี้เช่นเส้นด้ายบนเครื่องทอผ้าในรูปแบบที่ผู้คนคาดหวังว่าเป็นปัญหาที่ทำให้นักวิทยาศาสตร์ประสบปัญหาในด้านการทำอิเล็กโตรสปินนิ่ง
เมื่อเร็ว ๆ นี้ผู้สื่อข่าวได้รับข่าวจากสถาบันเซรามิกแห่งเซี่ยงไฮ้สถาบันวิทยาศาสตร์แห่งประเทศจีน พวกเขาสามารถใช้เทคโนโลยี electrospinning ขั้นสูงเพื่อทำให้ nanofibers มองไม่เห็นด้วยตาเปล่า "เชื่อฟัง" และ "สาน" สิ่งทอลายทแยงตามความต้องการของนักวิทยาศาสตร์ แหวนและแม้แต่นอตจีนสก็อตลายสก๊อตและรูปแบบอื่น ๆ และนักวิทยาศาสตร์ได้ลองใช้วัสดุที่หลากหลายสามารถ "ทอ" nanoclothes ด้วยรูปแบบปกติ
ในห้องรับรองของเหลียงเฟิงฉบับนี้เราได้เชิญบุคลากรด้านการวิจัยและพัฒนาของเทคโนโลยีนี้ฉางเจียงนักวิจัยที่สถาบันเซรามิกแห่งเซี่ยงไฮ้สถาบันวิทยาศาสตร์แห่งประเทศจีนเพื่อแนะนำให้เขารู้จักกับการวิจัยและพัฒนา เทคโนโลยี
ผู้ดำเนินรายการ: โปรดบอกเราเกี่ยวกับเทคโนโลยี electrospinning คืออะไร?
Chang Jiang: เทคโนโลยี Electrospinning เป็นวิธีการประมวลผลใหม่สำหรับการเตรียมเส้นใย ultrafine ระดับนาโนโดยการพ่นสารละลายพอลิเมอร์ (หรือละลาย) ภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้า อุปกรณ์เตรียม electrospinning สามัญส่วนใหญ่ประกอบด้วยสามส่วน: แหล่งพลังงานแรงดันสูง, อุปกรณ์จัดเก็บของเหลวที่มีสปินเนอร์เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าและสะสม เมื่อเครื่องมือทำงานแรงดันสูงจะถูกนำไปใช้กับสปินเนอร์ซึ่งสร้างสนามไฟฟ้าระหว่างหัวฉีดแรงดันสูงและตัวสะสมแรงดันต่ำ เมื่อแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นในระดับหนึ่งการแก้ปัญหาจะเอาชนะแรงตึงผิวภายใต้การกระทำของแรงขับไฟฟ้าสถิต และแรง viscoelastic ที่พุ่งออกมาจากสปินเนทและกลายเป็นเจ็ทเจ็ทจะค่อยๆกลั่นตัวในระหว่างการทำงานไปยังเครื่องรับในขณะที่ตัวทำละลายจะระเหยกลายเป็นเส้นใยอิเล็กโตรสปันในตัวสะสม
โดยทั่วไปแล้วเส้นใยเหล่านี้มีเส้นผ่านศูนย์กลางเพียง 50 ถึง 500 นาโนเมตร หากคำนวณที่ 50 นาโนเมตรความหนาของมันจะเท่ากับหนึ่งในห้าพันของเส้นผ่าศูนย์กลางของผม
ผู้ดำเนินรายการ: เปรียบเทียบกับเทคโนโลยี electrospinning ก่อนหน้านี้กุญแจสำคัญในการทำให้ผู้ผลิตนาโน "เชื่อฟัง" คืออะไร?
Chang Jiang: เทคโนโลยีของเราถูกเรียกอย่างแม่นยำมากขึ้นว่า "เทคโนโลยี electrospinning ที่สามารถควบคุมได้" เพราะเราพบว่าการสะสมและการจัดเรียงของเส้นใยส่วนใหญ่จะถูกควบคุมโดยกองกำลังสองชนิดซึ่งหนึ่งในนั้นอยู่ในสปินเนอร์ แรงสนามไฟฟ้าที่เกิดจากสนามไฟฟ้าสถิตระหว่างเครื่องรับและเส้นใยอิเล็กโตรสปินนิ่ง เมื่อเส้นใยอิเล็กโตรสปันถูกดำเนินการไปยังตัวรับภายใต้แรงไฟฟ้าและใกล้กับตัวสะสมประจุไฟฟ้าสถิตบนพื้นผิวของเส้นใยจะเหนี่ยวนำขั้วตรงข้ามของพื้นผิวตัวสะสม ประจุไฟฟ้าสถิตและประจุตรงข้ามดึงดูดซึ่งกันและกันเพื่อสร้างแรงดึงดูดของคูลอมบ์ซึ่งเป็นแรงสำคัญอีกประการหนึ่งที่เราได้กล่าวถึงซึ่งมีผลต่อการสะสมของเส้นใย ดังนั้นเพื่อที่จะทำให้เส้นใยอิเล็กโตรสปันเป็น "เชื่อฟัง" ที่จะถูกจัดเก็บและจัดเรียงมันเป็นสิ่งจำเป็นในการควบคุมปัจจัยที่สำคัญทั้งสองนี้
โดยใช้หลักการนี้เราออกแบบและใช้เทมเพลตคอลเล็กชันที่มีโครงสร้างแตกต่างกันเพื่อควบคุมแรงที่มีผลต่อการสะสมและการจัดเรียงของไฟเบอร์และโครงไฟเบอร์กลาสอิเลคโตรปันที่เตรียมไว้ นี่เป็นก้าวสำคัญไปกว่าเทคโนโลยีการควบคุมทิศทางของไฟเบอร์ก่อนหน้านี้ เมื่อความสามารถในการควบคุมของรูปแบบและโครงสร้างผ้าทอเพิ่มขึ้นนาโนไฟนอลจึงกลายเป็น "เชื่อฟัง" ซึ่งยังนำโอกาสที่กว้างขึ้นในการประยุกต์ใช้กับเทคโนโลยี electrospinning
ผู้ดำเนินรายการ: ปัจจุบันวัสดุนี้เป็นสิ่งที่นำมาจากวัสดุนาโน?
Changjiang: ตอนนี้เราได้ลองใช้วัสดุหลากหลายชนิดเช่นกรด polylactic, polycaprolactone, polyvinylpyrrolidone เป็นต้นสามารถผลิตเป็นวัสดุเส้นใยอิเลคทรอนิกส์ที่มีรูปแบบการควบคุมและโครงสร้างการทอผ้า
ผู้ดำเนินรายการ: คุณสามารถมีบทบาทที่ใหญ่ที่สุดในด้านใด
Chang Jiang: โดยละเอียดฟิลด์แอปพลิเคชันนั้นกว้างขวางมาก ในขณะนี้ nanofibers อิเลคตรอนมีโอกาสที่ดีในการประยุกต์ใช้ในด้านการแพทย์ปฏิรูปและวิศวกรรมเนื้อเยื่อ ตัวอย่างเช่นเส้นใยอิเลคโตรปุนที่ทำจากวัสดุโพลีเมอร์ที่เข้ากันได้ดีกับเนื้อเยื่ออาจใช้เป็นเส้นเลือดเทียมผิวหนังเทียมและวัสดุกระดูกเทียมเพื่อซ่อมแซมข้อบกพร่องในเนื้อเยื่อดังกล่าว นอกจากนี้ nanofibers electrospun มีตลาดที่มีศักยภาพในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์, ตัวเร่งปฏิกิริยา, การบินและอวกาศ, เครื่องแต่งกายและแม้กระทั่งอุตสาหกรรมอื่น ๆ
ผู้ดำเนินรายการ: มันนำไปใช้ในด้านการแพทย์ได้อย่างไร?
Chang Jiang: เนื่องจาก nanofibers อิเลคตรอนมีความคล้ายคลึงกันมากในโครงสร้างของเมทริกซ์นอกเซลล์ธรรมชาติพวกมันมีโครงสร้างรูขุมขนที่ดีมีความแข็งแรงและความมั่นคงและง่ายต่อการประมวลผลและการผลิต ดังนั้นจึงเหมาะสำหรับการซ่อมแซมและฟื้นฟูเนื้อเยื่ออวัยวะมนุษย์ หนึ่งในวัสดุที่ใส่ขดลวด มันมีค่าการใช้งานที่หลากหลายในด้านวิศวกรรมเนื้อเยื่อเช่นกระดูกอ่อนกระดูกหลอดเลือดหัวใจและเส้นประสาท
โดยทั่วไปเมื่อผู้ป่วยมีความเสียหายของอวัยวะและเนื้อเยื่อเรามักใช้วิธีการ autologous หรือ allogeneic เพื่อซ่อมแซมหรือเปลี่ยนบาดแผลและข้อบกพร่อง แต่วิธีนี้มักจะมีข้อเสียของผู้บริจาคหรือการปฏิเสธที่ไม่เพียงพอ ในอนาคตอันใกล้เราอาจรวมเทคโนโลยี electrospinning เข้ากับเทคโนโลยีวิศวกรรมเนื้อเยื่อเพื่อซ่อมแซมความเสียหายของเนื้อเยื่อมนุษย์
โดยเฉพาะเซลล์นั่งร้านเป็น electrospun แรกตามรูปร่างของเนื้อเยื่อหรืออวัยวะที่จะถูกแทนที่หรือซ่อมแซมโดยผู้ป่วยและจากนั้นเซลล์เมล็ดที่สอดคล้องกันจะถูกสกัดออกจากผู้ป่วยและวางไว้บนนั่งร้านเซลล์ที่เตรียมไว้ก่อนหน้านี้สำหรับการเพาะเลี้ยง โครงนั่งร้านทำด้วยมือซึ่งทำจากวัสดุชีวภาพที่ย่อยสลายได้ไม่เพียง แต่สร้างรูปร่างของอวัยวะหรือเนื้อเยื่อใหม่ในระหว่างการเจริญเติบโตของมัน แต่ยังให้พื้นที่ที่เหมาะสมสำหรับกิจกรรมทางชีวภาพของเซลล์และสร้างผลกระตุ้นบางอย่าง ควรชี้ให้เห็นที่นี่ว่าการใช้เทคโนโลยี "ควบคุมได้" ที่แนะนำข้างต้นเราสามารถออกแบบเทมเพลตคอลเลคชันเพื่อเตรียมวัสดุไฟเบอร์อิเล็กโตรสปันด้วยโครงสร้างที่ซับซ้อนและสามารถควบคุมได้และกระตุ้นเซลล์ให้ผลิตได้ดีขึ้นโดยการควบคุมโครงสร้างจุลภาคของ การใส่ขดลวด การตอบสนองทางชีวภาพ ด้วยการเพิ่มจำนวนและความแตกต่างของเซลล์เนื้อเยื่อและอวัยวะจะค่อยๆก่อตัวขึ้นจนกระทั่งข้อบกพร่องได้รับการซ่อมแซมอย่างสมบูรณ์และวัสดุนั่งร้านจะค่อยๆสลายตัว เป็นผลให้ผู้ป่วยเกิดใหม่และนั่งร้าน electrospinning ซึ่งทำหน้าที่เป็นสารตั้งต้นการเจริญเติบโตบรรลุภารกิจของมัน
