Los investigadores dirigidos por ingenieros de la Universidad de Tufts han desarrollado un método de fabricación de seda novedoso y significativamente más eficiente que les permite calentar y moldear el material en formas sólidas para una amplia gama de aplicaciones, incluidos dispositivos médicos. Los productos finales tienen una resistencia superioren comparación con otros materiales, tienen propiedades físicas que pueden "ajustarse" para necesidades específicas y pueden modificarse funcionalmente con moléculas bioactivas, como antibióticos y enzimas. El modelado térmico de la seda, descrito en Materiales de la naturaleza supera varios obstáculos para permitir la flexibilidad de fabricación común a muchos plásticos.
"Nosotros y otros hemos explorado el desarrollo de muchos dispositivos a base de seda a lo largo de los años utilizando fabricación basada en soluciones", dijo David Kaplan, Profesor de Ingeniería de la Familia Stern en la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Tufts y autor correspondiente del estudio ".Pero este nuevo enfoque de fabricación en estado sólido puede reducir significativamente el tiempo y el costo de producir muchos de ellos y ofrecer una flexibilidad aún mayor en su forma y propiedades. Además, este nuevo enfoque evita las complicaciones con las cadenas de suministro basadas en soluciones para la proteína de seda,que debería facilitar la ampliación en la fabricación "
La seda es un biopolímero natural a base de proteínas que ha sido reconocido por sus propiedades mecánicas superiores en forma de fibra y textil, produciendo telas duraderas y utilizado en suturas clínicas durante miles de años. En los últimos 65 años, los científicos han ideado formas dedescomponga las fibras y reconstituya la proteína de seda, llamada fibroína, en geles, películas, esponjas y otros materiales para aplicaciones que van desde productos electrónicos hasta tornillos ortopédicos y dispositivos para el suministro de medicamentos, ingeniería de tejidos y medicina regenerativa.La reconstitución de fibroína requiere una serie de pasos complejos. Además, la inestabilidad de la proteína en forma acuosa soluble establece límites en los requisitos de almacenamiento y cadena de suministro, lo que a su vez afecta el rango y las propiedades de los materiales que se pueden crear.
Los investigadores informaron que han superado estas limitaciones al desarrollar un método para el procesamiento térmico en estado sólido de la seda, lo que resulta en el moldeo del polímero de proteínas directamente en partes a granel y dispositivos con propiedades ajustables. El nuevo método, similar a unPráctica común en la fabricación de plásticos: consiste en la fabricación de "gránulos" nanoestructurados con diámetros de 30 nanómetros a 1 micrómetro que se producen por liofilización de una solución acuosa de fibroína de seda. Los nanopellets se calientan de 97 a 145 grados Celsius bajo presión, cuandocomienzan a fusionarse. La estructura de patrón plisado de las cadenas de proteínas de seda se vuelve más amorfa, y los gránulos fusionados forman materiales a granel que no solo son más fuertes que los materiales de seda derivados de la solución, sino que también son superiores a muchos materiales naturales como la madera y otros sintéticosLos investigadores consideran que los plásticos son un excelente material de partida, ya que son estables durante largos períodos y, por lo tanto,puede enviarse a sitios de fabricación sin el requisito de agua a granel, lo que resulta en ahorros significativos en tiempo y costo.
Las propiedades de la seda moldeada por calor, como la flexibilidad, la resistencia a la tracción y la compresión, pueden ajustarse a rangos específicos alterando las condiciones en el proceso de moldeo, como la temperatura y la presión, mientras que los materiales a granel pueden mecanizarse aún más en dispositivos, como tornillos óseos y tubos auditivos, o impresos con patrones durante o después del moldeo inicial. Agregar moléculas como enzimas, antibióticos u otros dopantes químicos permite la modificación de los materiales a granel en compuestos funcionales.
Para demostrar las aplicaciones, los investigadores probaron los tornillos para huesos desarrollados con moldeo en estado sólido in vivo y descubrieron que mostraban biocompatibilidad como dispositivos implantados, donde apoyaban la formación de una nueva estructura ósea en las superficies de los tornillos sin inflamación. Los tornillos de seda también fueron capacespara reabsorberse cuando fueron reemplazados por tejido óseo. La velocidad de reabsorción puede ajustarse preparando tornillos a diferentes temperaturas, que van desde 97 grados a 145 grados Celsius, lo que altera la cristalinidad del material a granel y, por lo tanto, su capacidad para absorber agua.
Los investigadores también fabricaron tubos para los oídos, dispositivos utilizados para ayudar a drenar los canales auditivos infectados, dopados con una proteasa, que descompone el polímero de seda para acelerar la degradación según sea necesario después de que el tubo haya cumplido su función.
"El proceso de moldeo térmico es posible porque la seda amorfa tiene un punto de fusión bien definido a 97 grados Celsius, que las preparaciones basadas en soluciones anteriores no exhibían", dijo Chengchen Guo, erudito postdoctoral en el laboratorio de Kaplan yco-primer autor del estudio "Eso nos da mucho control sobre las propiedades estructurales y mecánicas de lo que hacemos". Chunmei Li, profesor asistente de investigación de Tufts que se asoció con Guo como primer autor, agregó que "el material de partida- los nanopellets - también son muy estables y pueden almacenarse durante largos períodos. Estos son avances significativos que pueden mejorar la aplicación y la escalabilidad de la fabricación de productos de seda ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Tufts . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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