Milieuvriendelijke nanovezelcellulosematrix heeft diverse toepassingen, variërend van textiel tot medische apparaten

Het efficiënte gebruik van cellulose – het belangrijkste plantenscaffold en een belangrijke natuurlijke bouwsteen – zou veel problemen kunnen oplossen die verband houden met op aardolie gebaseerde polymeren in verschillende industrieën. In de zoektocht naar duurzamer gebruik van cellulose hebben Litouwse wetenschappers een productiemethode ontwikkeld voor een nanovezelige cellulosematrix, die het potentieel heeft om niet-hernieuwbare industriële toepassingen te vervangen, zelfs in biomedische toepassingen.

Textiel, kleding, speelgoed en sportuitrusting gemaakt van synthetische materialen op aardoliebasis hebben een aanzienlijke negatieve impact op het milieu gedurende hun gehele levenscyclus, van productie tot afvalbeheer.

Wetenschappers stellen dat het noodzakelijk is om op aardolie gebaseerde materialen te vervangen door milieuvriendelijke materialen en om aan de consument te laten zien dat producten die al vele jaren in gebruik zijn, vervangen kunnen worden met behoud van hun effectiviteit. Volgens Ingrida Pauliukaitytė, een Ph.D. student aan de Kaunas University of Technology (KTU) en een van de makers van de nieuwe milieuvriendelijke cellulose-nanovezel, is de uitvinding een stap in de richting van een duurzamere industrie.

Een document dat dit werk beschrijft is gepubliceerd in de Journal of Biomedical Materials Research Deel A.

Een unieke productiemethode

Cellulose is het meest voorkomende en wijdverspreide natuurlijke polysacharide op aarde. Het wordt vaak aangetroffen in celwanden van planten, in algen of wordt gesynthetiseerd door bepaalde bacteriën.

“Ik heb cellulose als onderzoeksobject gekozen vanwege de natuurlijke oorsprong en gunstige eigenschappen: de biocompatibiliteit en afbreekbaarheid, de verscheidenheid aan chemische stammen en het brede scala aan toepassingen”, zegt de uitvinder.

De uitvinding is ontwikkeld met behulp van de natte elektrospinmethode, waarbij cellulose wordt opgelost in speciale oplosmiddelen (ionische vloeistoffen) en de oplossing vervolgens wordt omgezet in vezels.

“Dit is een methode waarmee cellulosematrices kunnen worden gemaakt met een unieke gelachtige structuur, vergelijkbaar met cellulosevezels die van nature door bacteriën worden gesynthetiseerd”, zegt de Ph.D. student aan de KTU Faculteit Chemische Technologie (CTF).

Deze methode om cellulose te maken heeft een voordeel op de markt vanwege de milieuvriendelijkheid. Met name de gebruikte oplosmethode is milieuvriendelijker door het gebruik van ‘groene oplosmiddelen’.

Ook kan de grondstof voor dit productieproces zowel ruwe cellulose als celluloseafval zijn. Afhankelijk van de zuiverheid van het materiaal kan de resulterende vezel voor verschillende producten worden gebruikt. De gerecyclede cellulose kan worden gebruikt voor de productie van nieuwe polymeercomposietproducten zoals speelgoed, sportartikelen en huishoudelijke artikelen. Als de grondstof pure plantaardige cellulose is, hebben biomedische toepassingen een groot potentieel, waarbij dit type nanovezelstructuur unieke biocompatibiliteitseigenschappen heeft.

Een belangrijke impuls voor het kankeronderzoek

“Onze uitvinding – een nanovezelachtige cellulosematrix – is als een steiger, een structurele ondersteuning die cellen helpt zich te delen en te groeien”, legt Pauliukaitytė uit.

De biocompatibiliteit die Pauliukaitytė noemt, is erg belangrijk bij weefselmanipulatie om de immuunrespons van het levende organisme te voorkomen op een materiaal dat wordt gebruikt voor celreproductie, anders dan het materiaal dat van nature door het organisme wordt gesynthetiseerd.

“Daarnaast heeft cellulose zeer gunstige mechanische eigenschappen, waardoor de ontwikkelde vezels sterk zijn en bestand zijn tegen de hoge spanningen die ontstaan ​​als cellen zich vermenigvuldigen. Omdat cellulose water absorbeert, kan het gebruik van cellulosevezels bij wondgenezing de hoeveelheid vocht controleren die ontstaat. vindt plaats tijdens het genezingsproces”, zegt Pauliukaitytė.

Tot nu toe is de toepasbaarheid van cellulose bij weefselmanipulatie getest voor de reconstructie van kraakbeen-, bot- en vaatstructuren. Gezien de biocompatibiliteit, structurele en vochtretentie-eigenschappen van cellulose heeft dit polymeer echter een groot potentieel voor gebruik in de regeneratieve geneeskunde, die tot doel heeft de natuurlijke herstelmechanismen van het lichaam te stimuleren en verloren biologische functies te herstellen, en voor orgaangroei.

Bovendien zijn de ontwikkelde cellulose-nanovezels niet alleen biocompatibel en milieuvriendelijk, maar hebben ze ook de potentie om driedimensionale (3D) celmodellen te vormen die het celgedrag in de natuurlijke omgeving beter weerspiegelen.

“Dit is een aanzienlijk voordeel, vooral bij weefselmanipulatie en kankeronderzoek, omdat 3D-culturen nauwkeurigere experimenten mogelijk maken en een beter begrip van celgroei en interacties mogelijk maken”, zegt Pauliukaitytė.