امروزه روش‌های مختلفی برای تولید نانو الیاف وجود دارد که از جمله آنها می‌توان به استفاده از نیروی گریز از مرکز، میدان الکتریکی، کشش، دمش، ذوب و تبخیر اشاره کرد. با این وجود، هر یک از روش‌های فوق در تولید نانو الیاف با چالشی مواجه هستند. اخیرا محققان دانشگاه هاروارد یک دستگاه تولید نانو الیاف سبک وزن و قابل حمل را توسعه داده‌اند که از آن تحت عنوان دستگاه ریسندگی کششی (Pull Spinning) یاد می‌شود. اعضای این تیم تحقیقات بر این باور هستند که این دستگاه می‌تواند برای تولید نانو الیاف در مکان/ زمان استفاده مورد استفاده قرار گیرد. نتایج حاصل از این پژوهش در مجله Macromolecular Materials and Engineering منتشر شده است.
در سال‌های اخیر نانو الیاف به دلیل داشتن ویژگی‌های منحصر بفردی از قبیل نسبت سطح به حجم بالا، استحکام کششی مطلوب و وجود منافذ بسیار ریز به شدت مورد توجه قرار گرفته‌اند. برای تولید نانو الیاف روش‌های مختلفی به کار گرفته شده که برخی از آنها عبارتند از الکتروریسی، تفکیک فاز، خودآرایی، ذوب و تبخیر و غیره.
هر یک از روش‌های تولید نانو الیاف دارای مزایا و معایبی است. برای مثال روش‌های جت ریسندگی دوار (Rotary Jet-Spinning) و جت ریسندگی دوار غوطه‌ور (Immersion Rotary Jet-Spinning) روش‌های جدید تولید نانو الیاف هستند که در گروه Disease Biophysics در دانشگاه هاروارد توسعه داده شده اند. در هر دو روش پلیمر و یا پروتئین در یک محلول آبی حل شده و از نیروی گریز از مرکز و یا رسوب دهی برای کشیدن و انجماد جت پلیمری و تبدیل آن به نانو الیاف استفاده می‌شود. این روش‌ها برای تولید نانو الیاف در مقادیر زیاد، از رنج وسیعی از مواد شامل نایلون، کولار (Kevlar) و ... بسیار مناسب هستند اما این روش‌ها تا کنون به صورت پرتابل قابل استفاده نبوده‌اند.
اخیرا گروه Disease Biophysics در دانشگاه هاروارد اعلام کردند که موفق به ساخت یک دستگاه قابل حمل برای تولید نانو الیاف شده‌اند که علاوه بر سرعت بالا در تولید، دارای دقت بالایی در کنترل جهت الیاف نیز می‌باشد. همراستایی الیاف در ساخت داربست‌های مورد استفاده در مهندسی بافت و یا طراحی پارچه‌ها در مکان/ زمان استفاده برای کاربرد در یک شکل خاص از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است.
نینا سیناترا (Nina Sinatra)، یکی از اعضای این تیم تحقیقاتی و نویسنده اول مقاله منتشر شده، می‌گوید: ”هدف اصلی ما از انجام این تحقیق، ساخت یک دستگاه قابل حمل است که می‌توان از آن برای تولید نانو الیاف با جهتگیری قابل کنترل استفاده کرد. برای توسعه و ساخت دستگاه‌هایی از این قبیل، ما به روشی نیاز داشتیم که بتواند الیاف کاملا هم راستا را با نرخ قابل قبولی تولید کند“.
تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از ساختار داربست‌های مختلف و همراستایی الیاف
در روش جدید ساخت که از آن تحت عنوان ریسندگی کششی (Pull Spinning) نام برده می‌شود، یک آلت سوزنی شکل (bristle) که به یک دیسک نگهدارنده متصل است و با سرعت بسیار زیادی (45000 دور در دقیقه) در حال دوران است در محلول پلیمری یا پروتئین فرو رفته و قطره‌ای از محلول را به همراه خود بیرون کشیده و جتی از آن ایجاد می‌کند. نانو الیاف در یک مسیر دوار حرکت کرده و قبل از جدا شدن از bristle و حرکت به سمت جمع کننده منجمد می‌شود. بر خلاف دیگر روش‌ها که چندین پارامتر در تولید نقش دارند، در فرآیند ریسندگی کششی برای کنترل قطر نانو الیاف تنها یک پارامتر (ویسکوزیته محلول) باید کنترل شود.
شماتیک دستگاه ریسندگی کششی همراه با نمای جانبی از فرآیند کشش و مراحل تشکیل یک نانو الیاف
طیف وسیعی از پلیمرها و پروتئینها را می‌توان با این روش به نانو الیاف تبدیل کرد. برای اثبات این ادعا محققان کاربردهایی را با استفاده از الیاف پلی‌کاپرولاکتون (polycaprolactone) و ژلاتین برای هدایت و کنترل رشد بافت عضلانی و عملکرد داربست‌های زیستی، و همچنین الیاف نایلون و پلی‌اورتان برای لباس‌های پوشیدنی خاص مطرح کرده‌اند.
کیت پارکر (Kit Parker)، استاد مهندسی زیست‌شناسی و فیزیک کاربردی و مدیر این گروه می‌گوید: ”این مطالعه‌ی اثباتِ مفهومی ساده نشان دهنده‌ی مفید بودن این سیستم برای ساخت در مکان/ زمان استفاده (point-of-use manufacturing) است. کاربردهای آینده‌ی این روش برای تولید مستقیم بافت‌های نانویی قابل تنظیم می‌تواند در برگیرنده لباس‌های ورزشی جذب که به تدریج باعث گرم و سرد شدن بدن ورزشکار می‌شوند، باندهای استریل که به طور مستقیم بر روی زخم پوشش داده می‌شوند، و پارچه‌هایی با خواص مکانیکی موضعی متغیر باشد“.
