I bioingegneri sviluppano la ragnatela

I progressi potrebbero portare a tessuti intelligenti efficienti dal punto di vista energetico e a basso costo

Jun Chen/UCLA

Un'illustrazione che mostra un processo ispirato alla ragnatela per produrre fibre conduttive

31 maggio 2023

Utilizzando un nuovo processo che imita il modo in cui i ragni filano la seta, un team di bioingegneri multi-istituzionale guidato dall’UCLA ha sviluppato un semplice processo per produrre fibre morbide ed elettricamente conduttive a temperatura ambiente e pressione atmosferica.

In uno studio pubblicatocome storia di copertina su Nature Electronics , i ricercatori hanno dimostrato la loro tecnica con un guanto di rilevamento e una maschera facciale intelligente realizzata con tessuti elastici e durevoli. Il guanto può rilevare la temperatura e i movimenti della mano affinché l'utente possa giocare a un gioco per computer “sasso-carta-forbici”, mentre la maschera è in grado di monitorare i modelli di respirazione dell'individuo.

I metodi esistenti per produrre fibre elettricamente conduttive sono costosi e complessi e richiedono temperature elevate, consumo di energia, volumi di solventi e attrezzature specializzate per la filatura delle fibre.

"Volevamo sviluppare un processo di produzione altamente efficiente ed economico per fibre elettricamente conduttive che potesse essere molto più semplice da implementare, rispecchiando i processi all'avanguardia che producono fogli 2D e oggetti 3D conduttivi", ha affermato l'autore co-corrispondente. Jun Chen, assistente professore di bioingegneria presso la Samueli School of Engineering dell'UCLA. “Con questo nuovo approccio, possiamo creare fibre morbide conduttive ad alta efficienza a basso costo”.

Le fibre sono realizzate in poliacrilonitrile, un tipo di polimero sintetico, e ioni d'argento, che forniscono alle fibre le loro proprietà elettricamente conduttive. Gli ingredienti combinati vengono poi sciolti in dimetilformammide, o DMF, un solvente comune utilizzato nella produzione di fibre sintetiche.

"Volevamo sviluppare un processo di produzione altamente efficiente ed economico per fibre elettricamente conduttive che potesse essere molto più semplice da implementare, rispecchiando i processi all'avanguardia che producono fogli 2D e oggetti 3D conduttivi", ha affermato l'autore co-corrispondente. Jun Chen.

Per aiutare il vapore acqueo presente nell'aria circostante a estrarre il solvente liquido, la soluzione viene centrifugata su una piastra rotante, creando una rete di molecole di poliacrilonitrile e ioni d'argento, soprannominata PANSIon dai ricercatori. Le fibre elastiche e indipendenti di PANSion possono quindi essere estratte dalla piastra in meno di un minuto. Questa azione è simile al modo in cui i ragni creano ragnatele filando proteine ​​liquide in fili di seta. Le fibre risultanti sono simili alla gomma in elasticità e sono resistenti quanto la fibra di cotone.

Secondo i ricercatori, le loro fibre offrono una forte conduttività elettrica in grado di rilevare la respirazione, la temperatura e il tatto. Se utilizzate nei tessuti intelligenti, le fibre possono avere applicazioni energetiche, di rilevamento e terapeutiche, come una maschera di tipo chirurgico che traccia la respirazione per tutta la notte per chi soffre di apnea notturna.

Il primo autore della ricerca è Songlin Zhang, ex studioso post-dottorato inGruppo di ricerca sulla bioelettronica indossabile di Chen presso l'UCLAche ora lavora presso l'Università Nazionale di Singapore.

Altri autori dell'UCLA sono Yihao Zhou, Alberto Libanori e Xun Zhao, tutti attuali ed ex membri del gruppo di ricerca di Chen. Altri autori provengono dall'Università Nazionale di Singapore, dall'Università di Nanjing e dall'Università di Jilin in Cina. La ricerca è stata supportata da finanziamenti startup dell'UCLA Samueli, un Hellman Fellows Research Grant, un UCLA Pandemic Resources Program Research Award e un Research Recovery Grant dal Senato accademico dell'UCLA. Ulteriore sostegno è arrivato dalla Brain & Behavior Research Foundation e dal West Coast Consortium for Technology & Innovation in Pediatrics presso il Children's Hospital di Los Angeles.