El dissenyador de teixits fa tecnologia obedient de Nanofiber

Com tots sabem, per produir una peça de teixit, el fil hauria d'estar format segons els requisits tècnics del dissenyador de teixits i combinat segons determinades regles. Les nanofibres, que són només una cinquena part d'un mil·límetre de diàmetre, poden ser "obedients" com els filats, teixides en teixits segons calgui?

Com teixir aquests nanofibres ultra fins com els filats del teler en el patró que la gent esperava és un problema que ha plagiat els científics en el camp de l'electrospinning.

Recentment, el periodista va obtenir notícies de l’Institut de Ceràmica de Xangai de l’Acadèmia Xinesa de Ciències. Han pogut utilitzar tecnologia avançada d’electrospinning per fer invisibles els nanofibres a simple vista “obeint” i “teixir” els teixits segons els desitjos dels científics. , anells i fins i tot nusos xinesos, plaids escocesos i altres patrons, i científics han provat una gran varietat de materials, poden "teixir" nanoclodies amb patrons regulars.

En aquest número de la sala d’acollida de Liang Feng, vam convidar el personal investigador i de desenvolupament d’aquesta tecnologia, Changjiang, investigador de l’Institut de Ceràmica de Xangai de l’Acadèmia Xinesa de les Ciències, per presentar-lo als camps de recerca i desenvolupament i aplicació d’aquesta tecnologia

Moderador: expliqueu-nos què és la tecnologia electrospinning?

Chang Jiang: La tecnologia d'electrospinning és un nou mètode de processament per a la preparació de fibres ultrafines nanoescala mitjançant l'aspiració d'una solució (o fosa) de polímer sota l'acció d'un camp elèctric. Un dispositiu ordinari de preparació electrospinning està format principalment per tres parts: una font d’alimentació d’alta tensió, un dispositiu d’emmagatzematge de líquids amb fil conductor i un col·lector. Quan l’instrument funciona, s’aplica una pressió alta a la filera, que crea un camp elèctric entre el broquet d’alta pressió i el col·lector de baixa pressió. Quan la tensió s’incrementa fins a un cert punt, la solució supera la tensió superficial sota l’acció de repulsió electrostàtica. I la força viscoelàstica, expulsada del filat i formant un raig, el raig es perfecciona gradualment durant el funcionament al receptor, mentre el dissolvent s’evapora, formant eventualment una fibra electrospunctiva al col·lector.

Aquests filaments solen tenir entre 50 i 500 nanòmetres de diàmetre. Si es calcula a 50 nanòmetres, el seu gruix és només la mil·lèsima part del diàmetre d'un pèl.

Moderador: En comparació amb l'anterior tecnologia d'electrospinning, quina és la clau per fer que les nanofibres siguin "obedients"?

Chang Jiang: La nostra tecnologia s'anomena més precisament "tecnologia electrospinning controlable" perquè hem trobat que la deposició i la disposició de les fibres es controlen principalment per dos tipus de forces, una de les quals és present a la filera. La força de camp elèctric generat pel camp electrostàtic entre el receptor i la fibra electrospinning. Quan la fibra electrospunctiva s’acciona cap al receptor sota la força elèctrica i propera al col·lector, la càrrega electrostàtica a la superfície de la fibra indueix la polaritat contrària de la superfície del col·lector. La càrrega electrostàtica i la càrrega contrària s’atrauen mútuament per produir l’atracció de Coulomb, que és una altra força important que hem esmentat que afecta la deposició de fibres i l’alineació. Per tant, per tal que les fibres electrospunturals siguin "obedients" a dipositar i disposar, cal controlar aquests dos factors importants.

Utilitzant aquest principi, hem dissenyat i utilitzat les plantilles de col·lecció amb diferents estructures per controlar les forces que afecten la deposició i l'alineació de fibres, i hem preparat bastides de fibra electrospuntura amb estructures de patró i trenat controlables complexes. Aquest és un gran pas endavant que l'anterior tecnologia de control d'orientació en fibra. A mesura que es millora la controlabilitat del patró i l'estructura de teixits, la nanofibra es converteix en "obedient", cosa que també aporta una perspectiva d'aplicació més àmplia a la tecnologia d'electrospinning.

Moderador: Actualment, de quin tipus de material es treu aquesta nanofibra?

Changjiang: Actualment hem intentat utilitzar diversos materials, com l’àcid polilactic, la policaprolactona, la polivinilpirrolidona, etc., que es poden convertir en materials de fibra electrospuntura amb estampats controlables i estructura de teixit.

Moderador: En quins àmbits podeu jugar el seu paper més important?

Chang Jiang: En detall, el camp d'aplicació és molt extens. De moment, les nanofibres electrospuncionades tenen grans perspectives d’aplicació en els camps de la medicina regenerativa i l’enginyeria de teixits. Per exemple, les fibres electrospuntes fetes de materials polimèrics que són ben compatibles amb els teixits es poden utilitzar com a vasos sanguinis artificials, pell artificial i materials ossis artificials per reparar defectes en aquests teixits. A més, les nanofibres electrospuncionades tenen mercats potencials en electrònica, catàlisi, aeroespacial, confecció i fins i tot altres indústries.

Moderador: Com s'aplica en l'àmbit mèdic?

Chang Jiang: Com que les nanofibres electrospunturals són molt similars en l'estructura de la matriu extracel·lular natural, tenen una bona estructura de porus, tenen certa resistència i estabilitat i són fàcils de processar i fabricar. Per tant, és ideal per a la reparació i regeneració de teixits d’òrgans humans. Un dels materials de stent. Té un ampli ventall de valor d'aplicació en el camp de l'enginyeria de teixits com ara cartílags, ossos, vasos sanguinis, cor i nervis.

En general, quan els pacients tenen danys en els òrgans i els teixits, generalment utilitzem mètodes autòlegs o al·logènics per reparar o substituir ferides i defectes, però aquest mètode sovint té l’inconvenient d’un donant o rebuig insuficient. En un futur pròxim, podrem combinar tecnologia d’electrospinning amb tecnologia d’enginyeria de teixits per a la reparació de danys en el teixit humà.

Concretament, la bastida cel·lular es electrosponeix primer segons la forma del teixit o òrgan que ha de ser substituïda o reparada pel pacient, i després s’extreuen del pacient les cèl·lules de llavors corresponents i es col·loquen sobre la bastida cel·lular prèviament preparada per al cultiu. Els cargols electrospirants fets de biomaterials biodegradables no només configuren els nous òrgans o teixits de la pell durant el seu creixement, sinó que també proporcionen un espai adequat per a les activitats biològiques de les cèl·lules i produeixen certs efectes estimulants. Cal assenyalar aquí que utilitzant la tecnologia "controlable" introduïda anteriorment, podem dissenyar una plantilla de col·lecció per preparar un material de fibra electrospuncionada amb una estructura de patró complexa i controlable i estimular la cèl·lula a produir-se millor controlant la microestructura de el stent. Resposta biològica. Amb la proliferació i la diferenciació de cèl·lules, els teixits i els òrgans es formen gradualment fins que es reparen completament els defectes i el material de la bastida es va degradant gradualment. Com a resultat, el pacient va renéixer i la bastida electrospirant, que actua com a substrat de creixement, va complir la seva missió.