Harvardi Ülikooli bioinsenerid töötasid välja uue, ülikiire tsentrifuugi ning suhkruvatimasina ristsugutiseks nimetatava praktilise tehnoloogia nanokiudude valmistamiseks.
Peaautori Mohammad Reza Badrossamay artiklis olev viide laadaplatsil müüdava suhkruvati valmistamise masinale on tahtlik, sest nende seade sõna otseses mõttes keerutab, venitab ja tõukab pöörlevat trumlit ja düüsi kasutades väljapoole 100-nanomeetriseid polümeeripõhiseid kiude.
Vasakul: joonis pöörlevast mehhanismist; Üleval paremal: saadav nanokiudude kogum; All paremal: nanokiud 10-mikromeetrisel suurendusel. Pilt: Kit Parker, Disease Biophysics Group at the Harvard School of Engineering and Applied Sciences
Ajakirja Nano Letters veebiväljaandes ilmunud artikli kohaselt on see leiutis tööstusele tõeline õnnistus, mille rakendused ulatuvad kunstorganitest ja kudede taastamisest riiete ning õhufiltrite valmistamiseni. Teadlastel on leiutisele ka patent.
,,Kordades suurema tootlikkuse tõttu on see tüüpilistest nanokiudude valmistamise meetoditest hulga parem,” sõnas kaasautor Kit Parker, Harvardi Tehnoloogia ja Rakendusteaduste Ülikooli kaasprofessor Thomas D. Caboti õppetoolil. ,,Meie meetod oleks tööstuses hästi kasutatav, sest nende lihtsate masinate abil saaks nanokiudude valmistamise viia igasse laboratooriumi. Tagajärjena viiksime nanotekstiilide tootmise suurele skaalale.”
Nanokiudude valmistamise tavalisim meetod on nende tootmine elektrokerimine või pikkade nanokiudude kimpude eraldamiseks kõrgepingelise voolulaengu juhtimine polümeervedeliku tilka. Kuigi elektrokerimine on efektiivne, on meetod raskesti kontrollitav ning väikese tootlikkusega.
Harvardi teadlased otsustasid pöörlevat mehhanismi kasutades kergema lahenduse kasuks. Polümeermaterjali mootori peal asuvasse mahutisse kiiresti ette andes ning seda pöörama pannes saab kontrollitav mootori tõttu suurema kontrolli protsessi üle ja ka rohkem toodangut.
Kerides venib materjal sarnaselt sulatatud suhkrule, misjärel see kuivab õhukesteks, siidisteks ribadeks. Täpselt nagu suhkruvati masinas väljutatakse nanokiud hüdrostaatilise ja tsentrifugaalrõhu kombinatsiooni tulemusel läbi düüsi.
Tulemuseks saadav hunnik kiude moodustab 10-sentimeetrise diameetriga sõõriku kuju.
,,Uue meetodi abil saab toota kiude looduslikest ja ka sünteetilistest polümeeridest, samuti on võimalik hästi kontrollida kiudude asetust, kanga poorsust, kiulise struktuuri hierarhilist ja ruumilist paiknemist ning kolmedimensionaalseid ülesehitusi,” rõhutas Badrossamay, postdoktorant Wyss’i Instituudis ning Parker’i laboratooriumi liige SEASis.
Teadlased katsetasid seadet kasutades suurt hulga erinevaid sünteetilisi ja looduslikke polümeere, näiteks kloroformis sisalduvad polülaktiidi, mis on suhkruroost või maisijahust valmistatud biolagunev polümeer, mida kasutatakse loodussõbraliku alternatiivmaterjalina plastikule näiteks ühekordsete topside valmistamisel.
Lisaks on kiiresti pöörlev meetod väga paindlik, sest kiudude läbimõõtu saab kergesti varieerida ning valmistatavaid kiude on võimalik saada erinevate kujudena muutes lihtsalt kiudude kogumise viisi.
Ka kiudude endi kuju on võimalik muuta, alates täpilistest ja mustrilistest kuni siledateni.
,,Et pöörleva trumli meetod ei nõua kõrgepinget, saab seda tõepoolest igal pool teha,” sõnas Parker. Teadlased loodavad tulevikus protsessi kudede taastamise rakenduste jaoks täiustada ning uurida ka võimalusi meetodi kasutamiseks tekstiilitööstuses.