塔夫茨大学工程学院斯特恩家族工程教授大卫·卡普兰和他的团队已经开发出一种独特而实用的方法,将蚕丝加工成固体形态,用于生产医用植入物的棒和板。

yabovip16.com首先给了你可以做丝绸的固态加工的想法吗?

大卫·卡普兰教授:返回大约五年前,随着塔夫茨大学的物理学,Peggy Cebe的一位同事,我们在几秒钟内发布了一篇关于基于超快速热量的加热 - 加热至2000°K的纸张。我们表明您可以拍丝纤维并熔化它,然后解决它。所以,这让我们希望有一个可能有效的处理窗口。这是我们唯一必须继续的东西。那里没有单一的纸张谈到丝绸的热处理。然后我们刚开始从那里工作,用水量和制剂玩它来解决这个问题。

yabovip16.com你为什么认为这将是一个好主意?

Kaplan教授:我在丝绸上工作了很长时间,在很多医疗产品的技术上都取得了成功。但真正大规模接受的障碍是材料加工和采购。问题是,当你把丝绸放入水中时,它会想要重新组合。所以,你在与一个依赖时间的难题作斗争,你只有在一个特定的窗口,当解决方案是好的,然后你必须重新制作一批。这需要大量的人力和成本,更不用说运输水和蛋白质的成本了。我们觉得必须有办法克服这个问题。我们找到的答案本质上是:制造丝球,这种丝球既能储藏,又能按需溶于水。这才是真正的驱动——解决采购问题——赋予任何一种新产品制造能力。

yabovip16.com什么对丝绸的产品如同用与其他材料相反的材料是什么?

Kaplan教授:我可以讲好几天,但我会尽量简明扼要。这不是一个单一的功能,而是一个组合。它是一种生物相容的,但完全可降解的材料,在身体上,或在环境中。这是完全可持续的——它来自于在阳光下生长的叶子上生长的蠕虫。所有处理过程都可以在水中进行。所以,本质上,它是一种有吸引力的、可持续的聚合物,在医疗和环境产品中非常相容。它不寻常的另一个原因是,我们可以添加生物活性成分,如药物、细胞因子或细胞,它们在材料中保持其生物活性功能。蚕丝具有非常稳定的作用,因为它是一种亲水和亲油的高分子量蛋白质聚合物,它大部分是疏水的,不能与水混合,但它也有一些亲水的结构域,可以在水中溶解。

最后,是多态性 - 我们已经了解了如何控制丝绸结构 - 影响机械性能和寿命的劣化。因此,它是一种多功能性,可持续性,强大的机械性能,以及驱动丝绸兴趣的兼容性。

生丝粉末的形式可以很容易地储存,运输,并塑造成各种形式,具有优越的性能,许多其他材料用于医疗植入物。

yabovip16.com当我读到这篇文章的时候,我从来没有想过作为一种生物材料是使它在生物上兼容的原因。所以,你通过改变制造小球的温度和压力来“调整”它的属性?

Kaplan教授:在这个特殊的技术中:是的。你可以根据温度和压力来控制它。

yabovip16.com技术简报:你能设计它吗,你有一个菜单说如果你想要X属性,这就是你要做的吗?

Kaplan教授:是的,几乎。我会给你一个非常独特的一个例子。假设你制作一个坚实的部分,就像杆或盘子一样,并进入人体。它可能需要,假设,两年才能完全退化。In some cases, that might be fine, but in other cases, for example, when we’re making orthopedic screws and plates for use in children to repair bones out of this material, then you want it to degrade away in three months or so because the bones are growing fast. So, we found a clever way to do it. You take an enzyme — a protease — that digests silk and we include it in the thermal processing. Because the parts the we make are essentially dry when they’re manufactured, the enzyme stays inactive. That means you can leave the medical devices on the shelf for years and they remain stable. But as soon as you implant the device in an animal, then the part hydrates enough and the water activates the enzyme that you’ve encoded into the part. Depending on the dosing of the particular enzyme, you can then tailor the degradation rate to a week, a month, or a year — whatever you want. It’s a really cool way to degrade the device from the inside out with good process control.

yabovip16.com用你们的方法,你们是用模具还是用机器制造零件?

Kaplan教授:我们所做的。您可以压合模具或机器后,您的模具。你可以制作一个空白,然后用机器加工。但基本上,你可以把它塑造成你想要的样子。

yabovip16.com你们把它商业化的进度有多长?

Kaplan教授:我们现在正在找一个商业伙伴。我们已经和一些人谈过了,正在试图找到最好的前进道路。

yabovip16.com你们的生产流程现在是否可以适应大规模生产?

Kaplan教授:这正是这一点 - 它成为传统的塑料制造操作。

yabovip16.com什么令你对这个项目令人兴奋的是什么?

Kaplan教授:我已经研究了30年了。这是我第一次可以说,我们真正解决了采购问题——这就是为什么对我来说,这真的很令人兴奋。

这次面试的编辑版本出现在3月的技术简报问题中。yabovip16.com


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本文首先出现在3月份,2020年问题yabovip16.com杂志。

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