Η ονομασία «νανοπάστα» είναι η αφετηρία για ένα νέο είδος υλικών που μπορούν να αλλάξουν τον τρόπο που θεραπεύουμε πληγές, αναδομούμε οστά, ακόμη και παραδίδουμε φάρμακα στο ανθρώπινο σώμα.
Η πιο λεπτή μακαρονάδα στον κόσμο δεν είναι έργο κάποιου μαέστρου της παραδοσιακής ιταλικής κουζίνας, αλλά προέκυψε σε ένα εργαστήριο του University College London, ως μέρος μιας έρευνας που συνδέει την τροφή με το μέλλον της βιοϊατρικής.
Οι επιστήμονες του UCL κατάφεραν να δημιουργήσουν μια ίνα πάχους μόλις 372 νανομέτρων, περίπου 200 φορές λεπτότερη από μια ανθρώπινη τρίχα - τόσο λεπτή, ώστε κανένα οπτικό μικροσκόπιο δεν μπορεί να τη συλλάβει καθαρά.
Η ονομασία «νανοπάστα» ίσως να ξεγελά
Η ονομασία «νανοπάστα» ίσως να ξεγελά: το δημιούργημα αυτό δεν προορίζεται για τραπέζια, δεν βράζει σε νερό και δεν συνδυάζεται με πεκορίνο. Είναι, όμως, η αφετηρία για ένα νέο είδος υλικών που μπορούν να αλλάξουν τον τρόπο που θεραπεύουμε πληγές, αναδομούμε οστά, ακόμη και παραδίδουμε φάρμακα στο ανθρώπινο σώμα.
Οι επιστήμονες εφάρμοσαν την τεχνική της ηλεκτροϊνώσεως (electrospinning), κατά την οποία ένα ισχυρό ηλεκτρικό φορτίο τραβά λεπτότατες ίνες από ένα μείγμα υγρού και στερεού υλικού, που εκχέεται μέσα από μια βελόνα.
Σε αυτό το πείραμα, η ερευνήτρια Beatrice Britton χρησιμοποίησε μια απλή πρώτη ύλη: αλεύρι. Το σκεπτικό ήταν απλό αλλά βαθιά καινοτόμο: αν το άμυλο του αλευριού αποτελεί τη βάση για την παρασκευή των περισσότερων ζυμαρικών, μήπως μπορεί να μετασχηματιστεί και σε υλικό νανοκλίμακας χωρίς ενεργοβόρες διαδικασίες καθαρισμού και επεξεργασίας;
Το άμυλο ως υλικό έχει ήδη αποδειχθεί ελπιδοφόρο
Το άμυλο ως υλικό έχει ήδη αποδειχθεί ελπιδοφόρο. Βρίσκεται παντού στη φύση, είναι ανανεώσιμο, βιοδιασπώμενο, το δεύτερο σε αφθονία βιοπολυμερές στη Γη μετά την κυτταρίνη. Από αυτό το υλικό έχουν δημιουργηθεί στο παρελθόν νανοΐνες κατάλληλες για επιθέματα που επιτρέπουν στο νερό να φτάσει σε μια πληγή, αλλά εμποδίζουν τα βακτήρια.
Άλλες εφαρμογές περιλαμβάνουν στηρίγματα για την αναγέννηση οστού ή ιστού και φορείς μικροφάρμακων που αποδεσμεύονται σταδιακά μέσα στο σώμα. Ωστόσο, η παραγωγή νανοϊνών από καθαρό άμυλο παραμένει χρονοβόρα και περιβαλλοντικά επιβαρυντική: απαιτεί εξαγωγή του αμύλου από τα κύτταρα του φυτού, χρήση χημικών και νερού, ενέργεια και πυκνές διαδικασίες καθαρισμού.
Από την άλλη, το αλεύρι είναι πλούσιο σε άμυλο, αλλά περιέχει και άλλα συστατικά – πρωτεΐνες, λιπαρά, ίνες. Στην ηλεκτροΐνωση, η ύπαρξη αυτών των «ακαθαρσιών» συνήθως εμποδίζει την παραγωγή ίνας, καθιστώντας το μίγμα πολύ ιξώδες. Η λύση της ομάδας ήταν το μυαλό και η χημεία: χρησιμοποίησαν μυρμηκικό οξύ (formic acid) αντί για νερό.
Το οξύ αυτό διασπά τις δομές των μακρομορίων του αμύλου - τις ελικοειδείς προσκολλήσεις που καθιστούν το άμυλο δυσκολοδιάλυτο. Είναι το ίδιο αποτέλεσμα που προκαλεί η θερμότητα όταν μαγειρεύουμε ζυμαρικά: οι δεσμοί χαλαρώνουν, οι αλυσίδες διαχωρίζονται, το άμυλο «ανοίγει». Το μυρμηκικό οξύ, όμως, τον διαχωρισμό αυτόν τον επιτυγχάνει ακαριαία και στη θερμοκρασία δωματίου, διαλύοντας το άμυλο σε μορφή κατάλληλη για μετατροπή σε νανοΐνα.
Αφού η λύση θερμάνθηκε και ψύχθηκε σταδιακά ώστε να αποκτήσει τη σωστή πυκνότητα, ένα ηλεκτρικό φορτίο την τράβηξε μέσα από μια μεταλλική βελόνα, εκτινάσσοντας το ρεύμα της προς μια πλάκα από μέταλλο, όπου και στερεοποιούνταν.
Σε λίγα λεπτά, δημιουργήθηκε ένα λεπτό ύφασμα, σαν λευκό πέπλο, διαμέτρου περίπου δύο εκατοστών. Στο γυμνό μάτι έμοιαζε σαν ένας απαλός, σχεδόν διάφανος κύκλος υφάσματος. Κάθε νήμα, όμως, ήταν τόσο λεπτό που μόνο ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο - με ακτίνες ηλεκτρονίων αντί φωτός - μπορούσε να το συλλάβει οπτικά.
Για να αντιληφθούμε το εύρος του επιτεύγματος, χρειάζεται λίγη σύγκριση: η πιο λεπτή γνωστή παραδοσιακή πάστα στον κόσμο είναι η su filindeu, φτιαγμένη στο χέρι στη Σαρδηνία, και έχει πάχος περίπου 400 μm (μικρόμετρα) - χίλιες φορές παχύτερη από τη νανοπάστα του UCL.
Αν συγκρίνουμε τα 372 νανόμετρα με το μήκος κύματος του ορατού φωτός, συνειδητοποιούμε ότι η ίνα αυτή είναι λεπτότερη κι από κάποιες αποχρώσεις του μπλε και του ιώδους - βυθισμένη, δηλαδή, κάτω από το κατώφλι του ανθρώπινου βλέμματος.
Αν και το δημιούργημα αυτό δεν θα καταλήξει ποτέ σε πιάτο, ο επιστήμονας Gareth Williams παραδέχεται με χιούμορ πως θα «παραβράσει πριν καν μπει στο πιάτο». Κάθε τι που παράγεται με αυτή την τεχνική, όμως, μπορεί να αποτελέσει πρότυπο για τα επόμενα στάδια της έρευνας: πόσο γρήγορα διαλύεται η νανοΐνα στο σώμα;
Πώς αλληλεπιδρά με ιστούς; Πόσο εύκολα μπορεί να παραχθεί σε μαζική κλίμακα; Αν αυτή η νανοπάστα αποδειχθεί συμβατή και αποτελεσματική, τότε υλικά για χειρουργικές ραφές, εμφυτεύσιμα ικριώματα ή έξυπνα φάρμακα θα μπορούν να δημιουργούνται με τους ίδιους κανόνες με ένα απλό μακαρόνι.