El diseñador de telas hace que la tecnología de nanofibras sea obediente

Como todos sabemos, para producir una pieza de tela, el hilo debe formarse de acuerdo con los requisitos técnicos del diseñador de la tela y combinarse de acuerdo con ciertas reglas. Las nanofibras, que solo tienen un quinto de milímetro de diámetro, pueden ser "obedientes" como hilos, entretejidos en telas según sea necesario.

Cómo tejer estas nanofibras ultrafinas como los hilos en el telar en el patrón que la gente esperaba es un problema que ha afectado a los científicos en el campo del electrohilado.

Recientemente, el periodista recibió noticias del Instituto de Cerámica de Shanghai de la Academia de Ciencias de China. Han podido usar tecnología avanzada de hilado eléctrico para hacer que las nanofibras sean invisibles a simple vista "obedeciendo" y "tejiendo" sarga según los deseos de los científicos. , los anillos e incluso los nudos chinos, los cuadros escoceses y otros patrones, y los científicos han probado una variedad de materiales, pueden "tejer" nanocloth con patrones regulares.

En este número de la sala de recepción de Liang Feng, invitamos al personal de investigación y desarrollo de esta tecnología, Changjiang, investigador del Instituto de Cerámica de Shanghai de la Academia de Ciencias de China, para presentarle los campos de investigación y desarrollo y aplicación de este tecnología.

Moderador: ¿Cuéntanos qué es la tecnología de electrohilado?

Chang Jiang: La tecnología de electrohilado es un nuevo método de procesamiento para preparar fibras ultrafinas a nanoescala mediante la pulverización de una solución de polímero (o fusión) bajo la acción de un campo eléctrico. Un dispositivo de preparación de electrohilado ordinario se compone principalmente de tres partes: una fuente de alimentación de alto voltaje, un dispositivo de almacenamiento de líquido con una hilera conductora y un colector. Cuando el instrumento está funcionando, se aplica una alta presión a la hilera, lo que crea un campo eléctrico entre la boquilla de alta presión y el colector de baja presión. Cuando el voltaje aumenta en cierta medida, la solución supera la tensión superficial bajo la acción de la repulsión electrostática. Y la fuerza viscoelástica, expulsada de la hilera y formando un chorro, el chorro se afina gradualmente durante la operación hacia el receptor, mientras el disolvente se evapora, formando finalmente una fibra electrohilada en el colector.

Estos filamentos son típicamente de solo 50 a 500 nanómetros de diámetro. Si se calcula a 50 nanómetros, su grosor es solo una quinta parte del diámetro de un cabello.

Moderador: En comparación con la tecnología de electrohilado anterior, ¿cuál es la clave para hacer que las nanofibras sean "obedientes"?

Chang Jiang: Nuestra tecnología se llama más precisamente "tecnología de electrohilado controlable" porque hemos descubierto que la deposición y disposición de las fibras está controlada principalmente por dos tipos de fuerzas, una de las cuales está presente en la hilera. La fuerza del campo eléctrico generado por el campo electrostático entre el receptor y la fibra de electrohilado. Cuando la fibra electrohilada se opera hacia el receptor bajo la fuerza eléctrica y cerca del colector, la carga electrostática en la superficie de la fibra induce la polaridad opuesta de la superficie del colector. La carga electrostática y la carga opuesta se atraen entre sí para producir la atracción de Coulomb, que es otra fuerza importante que hemos mencionado que afecta la deposición y alineación de las fibras. Por lo tanto, para hacer que las fibras electrohiladas sean "obedientes" para ser depositadas y dispuestas, es necesario controlar estos dos factores importantes.

Usando este principio, diseñamos y utilizamos las plantillas de recolección con diferentes estructuras para controlar las fuerzas que afectan la deposición y alineación de la fibra, y preparamos andamios de fibra electrohilada con estructuras de trenzado y diseño controlable complejas. Este es un gran paso adelante que la tecnología anterior de control de orientación de fibra. A medida que se mejora aún más la capacidad de control del patrón y la estructura tejida, la nanofibra se vuelve "obediente", lo que también aporta una perspectiva de aplicación más amplia a la tecnología de electrohilado.

Moderador: En la actualidad, ¿de qué tipo de material se toma esta nanofibra?

Changjiang: ahora hemos intentado utilizar una variedad de materiales, como el ácido poliláctico, la policaprolactona, la polivinilpirrolidona, etc., pueden convertirse en materiales de fibra electrohilada con patrones controlables y estructura de tejido.

Moderador: ¿En qué áreas puede desempeñar su papel más importante?

Chang Jiang: En detalle, el campo de aplicación es muy extenso. Por el momento, las nanofibras electrohiladas tienen excelentes posibilidades de aplicación en los campos de la medicina regenerativa y la ingeniería de tejidos. Por ejemplo, las fibras electrohiladas hechas de materiales poliméricos que son bien compatibles con los tejidos pueden usarse como vasos sanguíneos artificiales, piel artificial y materiales óseos artificiales para reparar defectos en dichos tejidos. Además, las nanofibras electrohiladas tienen mercados potenciales en electrónica, catálisis, aeroespacial, indumentaria e incluso otras industrias.

Moderador: ¿Cómo se aplica en el campo médico?

Chang Jiang: Debido a que las nanofibras electrohiladas tienen una estructura muy similar a la matriz extracelular natural, tienen una buena estructura de poros, tienen cierta resistencia y estabilidad, y son fáciles de procesar y fabricar. Por lo tanto, es ideal para la reparación y regeneración de tejidos de órganos humanos. Uno de los materiales del stent. Tiene un amplio rango de valor de aplicación en el campo de la ingeniería de tejidos, como cartílago, hueso, vaso sanguíneo, corazón y nervio.

En general, cuando los pacientes tienen daños en órganos y tejidos, generalmente usamos métodos autólogos o alogénicos para reparar o reemplazar heridas y defectos, pero este método a menudo tiene la desventaja de que el donante o el rechazo son insuficientes. En el futuro cercano, podemos combinar la tecnología de electrohilado con tecnología de ingeniería de tejidos para la reparación del daño del tejido humano.

Específicamente, el andamio celular se electrohila primero de acuerdo con la forma del tejido u órgano que el paciente debe reemplazar o reparar, y luego las células semilla correspondientes se extraen del paciente y se colocan en el andamio celular previamente preparado para el cultivo. Los andamios electrospinning hechos de biomateriales biodegradables no solo dan forma a los nuevos órganos o tejidos de la piel durante su crecimiento, sino que también proporcionan un espacio adecuado para las actividades biológicas de las células y producen ciertos efectos estimulantes. Debe señalarse aquí que, utilizando la tecnología "controlable" presentada anteriormente, podemos diseñar una plantilla de recolección para preparar un material de fibra electrohilada con una cierta estructura de diseño compleja y controlable, y para estimular a la célula a producir mejor controlando la microestructura de el stent Respuesta biológica Con la proliferación y diferenciación de las células, los tejidos y los órganos se forman gradualmente hasta que los defectos se reparan por completo y el material del andamio se degrada gradualmente. Como resultado, el paciente renació y el andamio de giro eléctrico, que actúa como un sustrato de crecimiento, cumplió su misión.