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用於再生醫學的綠色製造生物材料與支架

來源 : 亞洲健康互聯海外中心
update : 2021/08/03
活細胞(左)在「綠色」電紡纖維(右)上製造生物相關的細胞外基質,用於組織再生。圖片來源:哥倫比亞大學克里斯托弗莫舍

哥倫比亞大學的工程師開發了新的「綠色製造靜電紡絲」工藝,可以改變生物製造,使奈米生物材料的生產,能夠在對環境影響最小的情況下進行擴展。

所謂「綠色製造」,又稱「環境意識製造」(Environmentally Conscious Manufacturing),或「面向環境的製造」(Manufacturing For Environment),是一種綜合考慮環境影響和資源效益的現代化製造模式。

由於環保意識的增強,綠色製造正成為各行各業日益重要的過程。在生物材料行業,靜電紡絲是世界各地用於生產與天然組織結構非常相似的奈米,到微米級纖維網的通用製造方法。然而,該過程傳統上使用的溶劑不僅對環境有害,而且對規模化生產、臨床轉化以及最終的廣泛使用構成了重大障礙。

6 28 日發表在《Biofabrication》的論文,詳細介紹了研究團隊如何對廣泛使用的生物和合成聚合物(例如聚α-羥基酯、膠原蛋白)、聚合物混合物和聚合物陶瓷複合材料的奈米纖維製造進行現代化改造。

該研究還強調了綠色製造的優越性。與傳統纖維相比,研究團隊開發出的「綠色」纖維,表現出卓越的機械性能和保留的生長因子生物活性,這對於藥物輸送和組織工程應用至關重要。

再生醫學是一個1560 億美元價值的全球產業,並且呈指數級增長。研究團隊希望解決再生醫學中使用的仿生生物材料和支架,建立可擴展的綠色製造。

研究團隊認為這是生物製造的模式轉變,並將加速用於組織工程和再生醫學的可擴展生物材料,和仿生支架的轉化。 綠色靜電紡絲不僅保留了傳統靜電紡纖維的成分、化學、結構和生物相容性,而且還通過將傳統纖維的延展性加倍來提高其機械性能,而不會影響產量或最終拉伸強度。研究團隊的工作為可擴展的奈米材料製造,提供了更具生物相容性和可持續性的解決方案。

該團隊將可持續性原則應用於生物材料生產,並通過系統地測試 FDA 認為的生物良性溶劑(Q3C 3 類),開發了綠色靜電紡絲工藝。

他們將乙酸確定為一種綠色溶劑,其生態影響較低並在常規製造條件下,支持穩定的靜電紡絲噴射。通過調整靜電紡絲參數,如針板距離和流速,研究人員能夠改進研究和行業標準生物醫學聚合物的製造,將靜電紡絲過程的不利製造影響減少三到六倍。

綠色靜電紡絲材料可用於廣泛的應用。研究團隊目前正致力於進一步創新這些用於骨科和牙科應用的材料,並擴展這種具有生態意識的製造工藝,以實現可再生材料的可擴展生產。

該研究的第一作者克里斯托弗莫舍 (CHRISTOPHER Z. MOSHER) 指出:「生物製造被稱為繼蒸汽機、電力和大規模生產自動化數位時代之後的第四次工業革命,這項工作是朝著發展可持續實踐邁出的重要一步。下一代生物材料製造,這在全球氣候危機中變得至關重要。」