工程师制造出电纺纳米纤维的基本构件！

静电纺丝利用电场来操纵纳米和微尺度的纤维，这项技术发展得很好，但费时又费钱。密歇根理工大学一个研究小组提出了一种新方法，可以制造出可定制的纳米纤维，用于细胞培养，从而减少了去除有毒溶剂和化学物质的时间，其研究成果发表在《材料》上。

密歇根理工大学生物医学工程助理教授Smitha Rao领导了这项研究并表示：这种方法是创新的，我们完全是在横向研究这个问题，该团队专注于简化电纺纳米纤维的生产。纳米纤维被用作支架，由链和口袋组成，可以生长细胞。

博科园-科学科普：想要一个组装好的高度对齐支架，上面有理想结构和细胞喜欢的模式。拿一个细胞，把它放在多孔材料、弹性材料和硬材料上，结果发现细胞做不同的事情。通常使用不同的材料来获得这些不同特性。当把细胞放在不同的表面时，它们反应是不同的，所以我们能制造出既能提供不同条件又能保持材料不变的支架吗？简而言之，是的。制作可定制的支架出奇地简单，尤其是与通常用于制造适合电纺丝的支架的费力铸造和添加工艺相比。此外，Rao的团队还发现了一个令人愉快的“副作用”。

虽然这种聚合物材料的纹理可以用肉眼看到，但显微镜下的图像揭示了结构中口袋和线的复杂性。图片：Smitha Rao/Michigan Tech

把聚合物放入溶液中得出了这个神奇的公式，然后我们必须对它进行电自旋。看到细胞排列整齐，而不需要我们施加任何外力。通常，要使它们对齐，必须把它们放在电场中，或者把它们放在一个房间里，通过施加外部压力来搅动脚手架，迫使它们向特定的方向对齐，基本上是把这个支架的碎片扔进培养皿，然后把细胞丢在上面。当在电场中旋转时（想象一下一台棉花糖机器）这些自对准的细胞遵循底层纳米纤维的绳袋结构。研究小组发现，不同电场强度会导致不同的口袋大小。在18kv时，神奇的事情发生了，纤维排列整齐。在19kv时，形成小的囊泡，是心脏成肌细胞的理想状态。

当电压达到20千伏时，蜂窝状的口袋会在纤维中膨胀。骨细胞更喜欢在21000伏时形成的囊泡；皮肤细胞并不挑剔，但特别喜欢生长在22000伏的宽敞房间。Rao团队测试了多种聚合物混合物，发现一些最常见材料仍然是可靠的。神奇的双聚合物混合物使他们能够操纵纳米纤维的口袋大小；三种聚合物的混合物使调整机械性能成为可能。该聚合物包括聚己内酯(PCL)、可生物降解且易于成型、导电聚苯胺(PANI)，它们共同构成了可与聚偏二氟乙烯(PVDF)结合的双聚合物共混物。由于聚苯胺在自然界具有导电性，人们可以把它扔进纤维基质中，为神经元等细胞获得导电支架。

细胞在不同的表面生长不同，史密斯塔·拉奥的实验室想看看一种支架是否能产生这种多样性。图片：Smitha Rao/Michigan Tech

然而，还没有人使用这些材料来操纵工艺条件。能够使用相同材料来创建不同纳米纤维特性意味着消除可能干扰实验结果的化学和物理变量。研究团队希望，随着更多研究人员使用该团队的混合物和工艺，它将加快研究，以更好地了解神经机制，加快伤口愈合技术，测试细胞系和促进快速原型在生物医学工程。Rao说：我们试图简化这个过程来回答一个非常复杂的问题，细胞是如何增殖和生长的？这是我们的基本构件，这是2乘2的乐高，可以在那里建造任何你想要的东西。

当在电场中旋转时（想象一下一台棉花糖机）这些自对准的细胞遵循底层纳米纤维绳袋结构。图片：Peter Zhu/Michigan Tech

博科园-科学科普｜研究/来自: 密歇根理工大学/Allison Mills

参考期刊文献:《Materialia》

DOI: 10.1016/j.mtla.2019.100296

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