工程师们制造出静电纺纳米纤维的基本构件。

工程师们制造出静电纺纳米纤维的基本构件。

生物医学工程师削减后处理步骤,制造用于伤口愈合的静电纺纳米纤维,并改进生物组织的3D基质。他们使用相同的材料加速原型制作。

静电纺丝利用电场来处理纳米级和微米级的纤维。这项技术发展良好,但时间密集,而且成本高昂。密歇根理工大学的一个研究小组想出了一种新的方法,为细胞培养创造可定制的纳米纤维,从而减少了去除有毒溶剂和化学物质的时间。

密西根理工大学生物医学工程助理教授史密莎·拉奥领导了这项研究。她说,这种方法是创新的,“我们正在进行完全横向的研究”,该团队专注于简化静电纺纳米纤维的生产。纳米纤维被用作支架,由股线和口袋组成,可以生长细胞。

拉奥说:“我们需要一个组装好的高度对齐的支架,上面有理想的结构和细胞会喜欢的模式。”“拿一个细胞,把它放在多孔材料上,弹性材料上,硬材料上,结果发现细胞会做不同的事情。通常你用不同的材料来获得这些不同的特性。当你把细胞放在不同的表面上时,它们的反应是不同的,所以我们能制造出能够提供这些不同条件,同时保持材料相同的支架吗?“

纳米纤维股和口袋

简而言之,是的。制造可定制的支架非常简单,特别是与通常用于生产适合静电纺丝的支架的费力铸造和添加工艺相比。此外,Rao的团队发现了一个令人愉快的副作用。

“我们把这些聚合物,然后把它们放进溶液中,我们想出了一个有效的神奇配方——然后我们必须用静电针将其固定,”Rao解释说,他补充说,研究小组在这个过程中发现了一些奇怪的现象。

“我们看到,细胞排列整齐,没有我们在外部应用任何东西。她说:“通常情况下,要使它们对齐,你必须把它们放在电场中,或者把它们放在一个小室里,摇动脚手架,通过施加外部应力迫使它们在特定方向上对齐。”“我们基本上是拿着这个支架的碎片,把它扔到培养板上,然后把细胞扔到上面。”

工程师们制造出静电纺纳米纤维的基本构件。在电场中旋转时——想象一下一台棉花糖机——自对准电池遵循底层纳米纤维的股和口袋模式。Rao的团队,包括主要作者和博士生Samerender Nagam Hanumantharao和硕士生Carolynn Que,发现不同的电场强度导致不同的口袋尺寸。当电压达到18千伏时,魔法就发生了,纤维就这样排列。在19千伏电压下,形成小口袋,非常适合心脏成肌细胞。在20千伏电压下,蜂窝状的口袋在纤维中膨胀。骨细胞更喜欢21千伏电压下形成的口袋;皮肤细胞不挑剔,但特别喜欢22千伏电压下生长的宽敞房间。

多股纳米纤维

Rao的团队测试了各种聚合物混合物,发现一些最常见的材料仍然是经过试验和验证的。他们神奇的两种聚合物混合物使他们能够操纵纳米纤维的袖珍尺寸;三种聚合物混合物使调整机械性能成为可能。所述聚合物包括聚己内酯(PCL)、可生物降解且易于成型的聚合物和导电聚苯胺(PANI),它们一起形成两种聚合物混合物,可以与聚偏二氟乙烯(PVDF)结合。

“因为聚苯胺在自然界中是导电的,人们可以把它扔到纤维基质中,为神经元等细胞提供导电支架,”Rao说。但是,没有人用这些材料来操纵工艺条件。

能够使用相同的材料来创造不同的纳米纤维特性意味着消除可能与实验结果相混淆的化学和物理变量。Rao希望随着越来越多的研究人员使用她的团队的混合物和工艺,它将加速研究以更好地理解神经机制,加速伤口愈合技术,测试细胞系,并促进生物医学工程中的快速原型。

“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?拉奥说。“这是我们的基本组成部分;这是两个两个乐高积木。你可以从那里建立你想要的任何东西。”

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