11 августа 2025 г.
Гомогенизаторы GEA для производства биочернил для регенеративной медицины
GEA с энтузиазмом продвигает инновации в сфере промышленной переработки, позволяющие на практике демонстрировать преимущества стратегии «Engineering for a better world» в различных секторах — от пивоварения до биомедицины. Инженеры компании с энтузиазмом решают сложные задачи. Поэтому, когда в начале 2020-х годов в компанию GEA обратились ученые из Технического университета в Граце с просьбой разработать процесс и технологию гомогенизации, которые позволили бы им превращать целлюлозу эвкалипта с помощью 3D-печати в органические структуры, имитирующие человеческие вены, артерии и другие ткани, GEA наладила сотрудничество с командой университета и сразу же приступила к работе.
Команда GEA провела много времени в общении с учеными, изучая их исследования, проблемы и цели, чтобы по-настоящему понять важную роль гомогенизации в создании наноструктурированных целлюлозных волокон из измельченного эвкалиптового сырья. Всего за пару лет в сотрудничестве с руководителем академического проекта профессором, доктором-магистром Кариной Стана Кляйншек (Karin Stana Kleinschek), кмн, заместителем директора Института химии и технологии биосистем (IBioSys) университета, команда разработала надежный процесс гомогенизации. Он позволяет исследователям создавать из наноцеллюлозы, полученной из эвкалипта, жидкие «чернила».
«Эти чернила на основе наноцеллюлозы могут быть использованы для печати на 3D-принтере структур, которые воспроизводят анизотропную биомеханику таких тканей человека, как кровеносные сосуды и трахеи», — объясняет Руперт Каргл, доктор философии, ассистент в IBioSys. После соответствующих испытаний такие «ткани» растительного происхождения, полученные из возобновляемых источников, могут быть использованы для создания моделей органов, схожих по своей анатомии и биомеханики с артериями пациентов´. «Эти модели могут потенциально использоваться хирургами для планирования сердечно-сосудистых вмешательств и адаптации имплантов к анатомии пациента», — говорит Каргл.
Эти модели могут потенциально использоваться хирургами для планирования сердечно-сосудистых вмешательств и адаптации имплантов к анатомии пациента.
Руперт Каргл, доктор философии
Ассистент в IBioSys
Профессор, доктор-магистр Карин Стана Кляйншек (Karin Stana Kleinschek), заместителем директора Института химии и технологии биосистем (IBioSys) университета, слева, беседует с доктором Сильвией Грасселли (Silvia Grasselli), руководителем отдела технологии производственных процессов гомогенизации компании GEA.
Специальное оборудование: гомогенизатор GEA Panther 3006
Для своего текущего проекта университетская команда приобрела в 2024 году гомогенизатор GEA Panther 3006. Это компактная система способная производить до 50 литров наноцеллюлозных чернил в час. Наноцеллюлозные эмульсии трудно перекачивать, и такие стандартные гомогенизаторы, как те, которые могут использоваться, например, для переработки молочных продуктов, не подходят для этой цели. Поэтому для переработки наноцеллюлозы компания GEA разработала и сконфигурировала для университета установку Panther, оптимизированную для работы с этим материалом, а также систему, включающую в себя нагнетательный насос и охлаждение.
Д-р Сильвия Грасселли, руководитель отдела технологии производственных процессов гомогенизации компании GEA, возглавила совместную работу по гомогенизации наноцеллюлозы с Станой Кляйншек и командой IBioSys. Она объясняет, что для параллельной разработки процесса и системы гомогенизатора компания GEA начала с проведения испытаний с очень небольшими объемами в центре передового опыта GEA по гомогенизации. Она продемонстрировала реализуемость самого процесса и отладила параметры процесса, выполнила настройку гомогенизатора и конфигурацию компонентов.
Затем инженеры оптимизировали процесс и технологию в более крупных масштабах и устранили потенциальные проблемы, в частности, связанные с возможностью перекачки целлюлозно-водной эмульсии насосом. Представители GEA также посетили университет в 2024 году, чтобы установить гомогенизатор Panther 3006 на месте, выполнить и проверить настройку системы, а также помочь обучить команду Станы Кляйншек его эксплуатации.
Гомогенизатор — это автономная установка, удобная в эксплуатации, программировании и ежедневном обслуживании для сотрудников университета. Важно отметить, что ученые могут регулировать процесс гомогенизации, что позволяет создавать наноцеллюлозные волокна с точной структурой, чернила для 3D-печати и придавать конечным продуктам требуемые характеристики.
Загруженный созданными командой наноцеллюлозными биочернилами 3D-принтер печатает трубчатую структуру.
Создание материалов на основе первоначальных принципов
«На самом деле, наноцеллюлозу можно купить уже в частично переработанном виде, но профессор Стана Кляйншек была заинтересована в разработке материалов с нуля, — говорит Грасселли. — Используя нашу технологию, ученые могут адаптировать рецептуру и проводить дальнейшие исследования влияния предварительной обработки и гомогенизации на свойства и структуру материала. Это обеспечивает им больший контроль над процессом, например, над производством источника волокна и его предварительной переработкой, а также дает понимание того, каким образом гомогенизация влияет на структуру наноцеллюлозы, реологические свойства материала и конечные компоненты, напечатанные на 3D-принтере».
Каргл особенно ценит возможность изменения давления, концентрации волокон, количества циклов и температуры. «На размер волокон и реологические свойства чернил наибольшее влияние оказывают сырье, предварительная обработка, количество циклов и давление», — говорит он.
Дипл. инж. д-р Флориан Лакнер, ассистент в IBioSys, демонстрирует высушенную целлюлозу из коротких волокон эвкалипта.
Исследователи института обладают знаниями в области химии и технологий биоматериалов. Они работают над разработкой методов получения, синтеза и модификации биологически активных природных продуктов из возобновляемых источников. Возможности их применения крайне многообразны, включая 3D-печать, покрытия и поверхностно-активные вещества. Они используются в производстве биомедицинских устройств и имплантов, упаковки, текстиля, косметики и покрытий для бумаги.
Полная адаптируемость и совместимость
«Текущее сотрудничество между GEA и командой IBioSys Institute представляет особый интерес, поскольку исследователи университета находятся на переднем крае исследований и разработок в области биоматериалов, — говорит Грасселли. — Они поддерживают связи с исследователями — как внутри технологического центра, так и за его пределами — в смежных или связанных областях. И поэтому мы находимся здесь, чтобы работать с ними и делиться нашими знаниями и технологиями в области переработки, помогать в ускорении исследований и разработок широкого спектра инновационных продуктов в самых разнообразных областях применения на биологической основе».
Текущее сотрудничество между GEA и командой IBioSys Institute представляет особый интерес, поскольку исследователи университета находятся на переднем крае исследований и разработок в области биоматериалов.
Сильвия Грасселли
Руководитель отдела технологии производственных процессов гомогенизации компании GEA
