Экологичная нановолокнистая матрица из целлюлозы имеет широкий спектр применений — от текстиля до медицинских устройств

Эффективное использование целлюлозы — основного растительного каркаса и главного природного строительного блока — может решить многие проблемы, связанные с нефтехимическими полимерами в различных отраслях. В поисках более устойчивого применения целлюлозы литовские учёные разработали метод производства нановолокнистой целлюлозной матрицы, которая потенциально способна заменить невозобновляемые материалы даже в биомедицинских приложениях.

Учёные утверждают, что необходимо заменять нефтехимические материалы на экологически чистые. По словам аспирантки Каунасского технологического университета (КТУ) и одного из создателей новой экологичной целлюлозной нановолокнистой матрицы Ингриды Паулюкайтите, это изобретение — шаг к более устойчивой промышленности.

Работа описана в статье, опубликованной в Journal of Biomedical Materials Research Part A.

Уникальный метод производства

Целлюлоза — самый распространённый природный полисахарид на Земле, обычно содержащийся в клеточных стенках растений, водорослях или синтезируемый некоторыми бактериями.

Изобретение было разработано с использованием метода мокрого электроспиннинга, при котором целлюлозу растворяют в специальных растворителях — ионных жидкостях — а затем раствор преобразуют в волокна.

Этот метод создания целлюлозы имеет рыночное преимущество благодаря своей экологичности. В частности, используемый метод растворения более экологичен из-за применения «зелёных растворителей».

Сырьём для этого производственного процесса может быть как сырая целлюлоза, так и целлюлозные отходы. В зависимости от чистоты материала полученное волокно можно использовать для разных продуктов. Переработанную целлюлозу можно использовать для производства новых полимерных композитных изделий, таких как игрушки, спортивный инвентарь, предметы домашнего обихода. Если сырьём является чистая растительная целлюлоза, велик потенциал для биомедицинских применений, где этот тип нановолокнистой структуры обладает уникальными свойствами биосовместимости.

Значительный импульс для исследований рака

«Наше изобретение — нановолокнистая целлюлозная матрица — похоже на каркас, структурную опору, которая помогает клеткам делиться и расти», — объясняет Паулюкайтите.

Биосовместимость очень важна в тканевой инженерии для предотвращения иммунного ответа живого организма на материал, используемый для размножения клеток, отличный от синтезируемого организмом естественным путём.

Кроме того, целлюлоза обладает очень благоприятными механическими свойствами, поэтому разработанные волокна прочны и могут выдерживать высокие нагрузки, возникающие при пролиферации клеток. Поскольку целлюлоза поглощает воду, её использование в заживлении ран может контролировать количество влаги в процессе заживления.

До сих пор применимость целлюлозы в тканевой инженерии тестировалась для реконструкции хрящевых, костных и сосудистых структур. Однако, учитывая биосовместимость, структурные и влагоудерживающие свойства целлюлозы, этот полимер имеет большой потенциал для использования в регенеративной медицине и для выращивания органов.

Кроме того, разработанные целлюлозные нановолокна не только биосовместимы и экологичны, но и обладают потенциалом для формирования трёхмерных (3D) клеточных моделей, которые лучше отражают поведение клеток в естественной среде.

«Это значительное преимущество, особенно в тканевой инженерии и исследованиях рака, поскольку 3D-культуры позволяют проводить более точные эксперименты и лучше понимать рост и взаимодействие клеток», — говорит Паулюкайтите.