Fabric Designer rende la tecnologia obbediente Nanofiber

Come tutti sappiamo, al fine di produrre un pezzo di tessuto, il filo dovrebbe essere formato secondo i requisiti tecnici del progettista del tessuto e combinato secondo determinate regole. Le nanofibre, che hanno solo un quinto di millimetro di diametro, possono essere "obbedienti" come filati, tessuti in tessuti come richiesto?

Come tessere queste nanofibre ultra fini come i filati sul telaio secondo lo schema che le persone si aspettano sia un problema che ha afflitto gli scienziati nel campo dell'elettrospinning.

Di recente, il giornalista ha ricevuto notizie dall'Istituto di ceramica di Shanghai dell'Accademia cinese delle scienze. Sono stati in grado di utilizzare la tecnologia avanzata dell'elettrospinning per rendere le nanofibre invisibili a occhio nudo "obbedendo" e "intrecciare" il twill secondo i desideri degli scienziati. , anelli e persino nodi cinesi, plaid scozzesi e altri motivi, e gli scienziati hanno provato una varietà di materiali, possono "tessere" i nanocloth con motivi regolari.

In questo numero della sala di ricevimento di Liang Feng, abbiamo invitato il personale di ricerca e sviluppo di questa tecnologia, Changjiang, ricercatore presso l'Istituto di ceramica di Shanghai dell'Accademia cinese delle scienze, per introdurlo nei campi di ricerca, sviluppo e applicazione di questo tecnologia.

Moderatore: Per favore, raccontaci cos'è la tecnologia dell'elettrospinning?

Chang Jiang: la tecnologia dell'elettrospinning è un nuovo metodo di elaborazione per la preparazione di fibre ultrafini su nanoscala spruzzando una soluzione polimerica (o fondendo) sotto l'azione di un campo elettrico. Un normale dispositivo per la preparazione dell'elettrospinning è composto principalmente da tre parti: una fonte di alimentazione ad alta tensione, un dispositivo di accumulo di liquidi con una filiera conduttiva e un collettore. Quando lo strumento funziona, viene applicata un'alta pressione alla filiera, che crea un campo elettrico tra l'ugello ad alta pressione e il collettore a bassa pressione. Quando la tensione viene aumentata fino a un certo punto, la soluzione supera la tensione superficiale sotto l'azione della repulsione elettrostatica. E la forza viscoelastica, espulsa dalla filiera e forma un getto, il getto si raffina gradualmente durante il funzionamento verso il ricevitore, mentre il solvente evapora, formando infine una fibra elettrospun sul collettore.

Questi filamenti hanno in genere solo 50 a 500 nanometri di diametro. Se calcolato a 50 nanometri, il loro spessore è solo un millesimo del diametro di un capello.

Moderatore: rispetto alla precedente tecnologia dell'elettrospinning, qual è la chiave per rendere "obbedienti" le nanofibre?

Chang Jiang: La nostra tecnologia è più precisamente chiamata "tecnologia di elettrospinning controllabile" perché abbiamo scoperto che la deposizione e la disposizione delle fibre sono principalmente controllate da due tipi di forze, una delle quali è presente nella filiera. La forza del campo elettrico generata dal campo elettrostatico tra il ricevitore e la fibra elettrospinning. Quando la fibra elettrospun viene azionata verso il ricevitore sotto la forza elettrica e vicino al collettore, la carica elettrostatica sulla superficie della fibra induce la polarità opposta della superficie del collettore. La carica elettrostatica e la carica opposta si attraggono a vicenda per produrre l'attrazione di Coulomb, che è un'altra forza importante che abbiamo menzionato che influenza la deposizione e l'allineamento delle fibre. Pertanto, al fine di rendere le fibre elettrofilate "obbedienti" da depositare e disporre, è necessario controllare questi due importanti fattori.

Usando questo principio, abbiamo progettato e utilizzato i modelli di raccolta con diverse strutture per controllare le forze che influenzano la deposizione e l'allineamento delle fibre e abbiamo preparato ponteggi in fibra elettrospun con complesse strutture controllabili e trecce controllabili. Questo è un grande passo avanti rispetto alla precedente tecnologia di controllo dell'orientamento della fibra. Man mano che la controllabilità del modello e della struttura tessuta viene ulteriormente migliorata, la nanofibra diventa "obbediente", il che porta anche una prospettiva applicativa più ampia alla tecnologia dell'elettrospinning.

Moderatore: Al momento, da che tipo di materiale è ricavato questo nanofibre?

Changjiang: Ora abbiamo cercato di utilizzare una varietà di materiali, come acido polilattico, policaprolattone, polivinilpirrolidone, ecc., Che possono essere trasformati in materiali in fibra elettrospun con struttura a trama e tessitura controllabile.

Moderatore: in quali settori puoi svolgere il suo ruolo più importante?

Chang Jiang: Nel dettaglio, il campo di applicazione è molto ampio. Per il momento, le nanofibre electrospun hanno grandi prospettive di applicazione nei campi della medicina rigenerativa e dell'ingegneria dei tessuti. Ad esempio, le fibre elettrofilate di materiali polimerici che sono ben compatibili con i tessuti possono essere utilizzate come vasi sanguigni artificiali, pelle artificiale e materiali ossei artificiali per riparare i difetti di tali tessuti. Inoltre, le nanofibre elettrospun hanno potenziali mercati in elettronica, catalisi, aerospaziale, abbigliamento e persino in altri settori.

Moderatore: come viene applicato in campo medico?

Chang Jiang: Poiché le nanofibre elettrospun sono molto simili nella struttura alla matrice extracellulare naturale, hanno una buona struttura dei pori, hanno una certa resistenza e stabilità e sono facili da elaborare e produrre. Pertanto, è ideale per la riparazione e la rigenerazione dei tessuti degli organi umani. Uno dei materiali dello stent. Ha una vasta gamma di valore applicativo nel campo dell'ingegneria dei tessuti come cartilagine, ossa, vasi sanguigni, cuore e nervo.

In generale, quando i pazienti hanno danni agli organi e ai tessuti, generalmente utilizziamo metodi autologhi o allogenici per riparare o sostituire ferite e difetti, ma questo metodo presenta spesso lo svantaggio di donatore o rigetto insufficienti. Nel prossimo futuro, potremmo combinare la tecnologia dell'elettrospinning con la tecnologia di ingegneria dei tessuti per la riparazione dei danni ai tessuti umani.

In particolare, l'impalcatura cellulare viene prima elettrofilata in base alla forma del tessuto o organo che deve essere sostituito o riparato dal paziente, quindi le corrispondenti cellule di seme vengono estratte dal paziente e posizionate sull'impalcatura cellulare precedentemente preparato per la coltura. I ponteggi elettrospinning realizzati con biomateriali biodegradabili non solo modellano i nuovi organi o tessuti della pelle durante la loro crescita, ma forniscono anche spazio adeguato per le attività biologiche delle cellule e producono determinati effetti stimolanti. Va sottolineato qui che usando la tecnologia "controllabile" introdotta sopra, possiamo progettare un modello di raccolta per preparare un materiale in fibra elettrospun con una certa struttura complessa e controllabile, e per stimolare la cellula a produrre meglio controllando la microstruttura di lo stent. Risposta biologica. Con la proliferazione e la differenziazione delle cellule, i tessuti e gli organi si formano gradualmente fino a quando i difetti non vengono completamente riparati e il materiale dell'impalcatura viene gradualmente degradato. Di conseguenza, il paziente è rinato e l'impalcatura elettrospinning, che funge da substrato di crescita, ha adempiuto alla sua missione.