La fabrication verte devient un processus de plus en plus critique dans toutes les industries, propulsé par une prise de conscience croissante des impacts négatifs sur l'environnement et la santé associés aux pratiques traditionnelles. Dans l'industrie des biomatériaux, L'électrofilage est une méthode de fabrication universelle utilisée dans le monde entier pour produire des mailles fibreuses à l'échelle nanométrique à microscopique qui ressemblent étroitement à l'architecture tissulaire native. Le processus, cependant, a traditionnellement utilisé des solvants qui non seulement sont dangereux pour l'environnement, mais constituent également un obstacle important à la mise à l'échelle industrielle, traduction clinique, et, finalement, usage généralisé.

Des chercheurs de Columbia Engineering rapportent qu'ils ont mis au point un processus « d'électrofilage vert » qui répond à de nombreux défis liés à l'extension de cette méthode de fabrication, de la gestion des risques environnementaux du stockage et de l'élimination des solvants volatils en grandes quantités au respect des normes de santé et de sécurité pendant la fabrication et la mise en œuvre. La nouvelle étude de l'équipe, publié le 28 juin 2021, par Biofabrication , détaille comment ils ont modernisé la fabrication de nanofibres de polymères biologiques et synthétiques largement utilisés (par exemple, les poly-α-hydroxyesters, collagène), mélanges de polymères, et les composites polymère-céramique.

L'étude souligne également la supériorité de la fabrication verte. Les fibres "vertes" du groupe présentaient des propriétés mécaniques exceptionnelles et une bioactivité du facteur de croissance préservée par rapport aux fibres traditionnelles, ce qui est essentiel pour les applications d'administration de médicaments et d'ingénierie tissulaire.

La médecine régénérative est une industrie mondiale de 156 milliards de dollars, celui qui croît de façon exponentielle. L'équipe de chercheurs, dirigé par Helen H. Lu, Percy K. et Vida L.W. Professeur Hudson de génie biomédical, voulait relever le défi d'établir des pratiques de fabrication vertes évolutives pour les biomatériaux biomimétiques et les échafaudages utilisés en médecine régénérative.

"Nous pensons qu'il s'agit d'un changement de paradigme dans la biofabrication, et accélérera la traduction de biomatériaux évolutifs et d'échafaudages biomimétiques pour l'ingénierie tissulaire et la médecine régénérative, " dit Lou, un leader de la recherche sur les interfaces tissulaires, en particulier la conception de biomatériaux et de stratégies thérapeutiques pour recréer la synchronie naturelle du corps entre les tissus. "L'électrofilage vert préserve non seulement la composition, chimie, architecture, et la biocompatibilité des fibres électrofilées traditionnellement, mais il améliore également leurs propriétés mécaniques en doublant la ductilité des fibres traditionnelles sans compromettre le rendement ou la résistance à la traction ultime. Notre travail fournit à la fois une solution plus biocompatible et durable pour la fabrication évolutive de nanomatériaux. »

L'équipe, qui comprenait plusieurs doctorants BME du groupe de Lu, Christopher Mosher Ph.D.'20 et Philip Brudnicki, ainsi que Théanne Schiros, un expert en synthèse textile éco-responsable qui est également chercheur au Columbia MRSEC et professeur assistant au FIT, appliquer les principes de durabilité à la production de biomatériaux, et développé un procédé d'électrofilage vert en testant systématiquement ce que la FDA considère comme des solvants biologiquement inoffensifs (Q3C classe 3).

Ils ont identifié l'acide acétique comme un solvant vert qui présente un faible impact écologique (Sustainable Minds Life Cycle Assessment) et prend en charge un jet d'électrofilage stable dans des conditions de fabrication de routine. En réglant les paramètres d'électrofilage, tels que la distance de la plaque à aiguille et le débit, les chercheurs ont pu améliorer la fabrication de polymères biomédicaux de recherche et standard de l'industrie, réduire de trois à six fois les impacts négatifs du processus d'électrofilage sur la fabrication.

Les matériaux électrofilés verts peuvent être utilisés dans une large gamme d'applications. L'équipe de Lu travaille actuellement à l'innovation de ces matériaux pour des applications orthopédiques et dentaires, et étendre ce processus de fabrication respectueux de l'environnement pour une production évolutive de matériaux régénératifs.

« La biofabrication a été qualifiée de « quatrième révolution industrielle » après les machines à vapeur, Puissance électrique, et l'ère numérique pour automatiser la production de masse, " a noté Mosher, le premier auteur de l'étude. "Ce travail est une étape importante vers le développement de pratiques durables dans la prochaine génération de fabrication de biomatériaux, qui est devenu primordial au milieu de la crise climatique mondiale."