Projektant tkanin robi technologię posłuszną nanowłóknem

Jak wszyscy wiemy, aby wytworzyć kawałek tkaniny, przędza powinna być uformowana zgodnie z wymaganiami technicznymi projektanta tkaniny i połączona zgodnie z pewnymi zasadami. Nanowłókna, które mają zaledwie jedną piątą średnicy milimetra, mogą być „posłuszne” jak przędza, wpleciona w tkaniny według potrzeb?

Jak wplecić te bardzo drobne nanowłókna, takie jak przędze na krośnie, w sposób, którego ludzie się spodziewali, to problem, który nękał naukowców w dziedzinie elektroprzędzenia.

Niedawno reporter otrzymał wiadomości z Szanghajskiego Instytutu Ceramiki Chińskiej Akademii Nauk. Udało im się zastosować zaawansowaną technologię elektroprzędzenia, aby nanowłókna były niewidoczne gołym okiem „posłuszne” i „splatać” diagonalnie zgodnie z życzeniem naukowców. , pierścienie, a nawet chińskie sęki, szkockie kraty i inne wzory, a naukowcy próbowali różnych materiałów, mogą „utkać” nanokryty o regularnych wzorach.

W tym wydaniu pokoju recepcyjnego Liang Fenga zaprosiliśmy pracowników badawczo-rozwojowych tej technologii, Changjiang, badacza z Szanghajskiego Instytutu Ceramiki Chińskiej Akademii Nauk, aby zapoznał go z badaniami, rozwojem i zastosowaniami tej dziedziny technologia.

Moderator: Opowiedz nam o tym, czym jest technologia elektroprzędzenia?

Chang Jiang: Technologia elektrospinowania to nowa metoda przetwarzania pozwalająca na wytwarzanie ultra drobnych włókien w nanoskali poprzez rozpylanie roztworu polimeru (lub stopu) pod działaniem pola elektrycznego. Zwykłe urządzenie do przygotowywania elektrospinowania składa się głównie z trzech części: źródła prądu o wysokim napięciu, urządzenia do przechowywania cieczy z przewodzącym dyszem spinającym i kolektora. Podczas pracy przyrządu do dyszy przędzalniczej przykładane jest wysokie ciśnienie, które wytwarza pole elektryczne między dyszą wysokociśnieniową a kolektorem niskociśnieniowym. Gdy napięcie wzrasta do pewnego stopnia, rozwiązanie pokonuje napięcie powierzchniowe pod wpływem odpychania elektrostatycznego. I siła lepkosprężysta, wyrzucona z dyszy przędzalniczej i tworząc strumień, strumień stopniowo udoskonala się podczas pracy do odbiornika, podczas gdy rozpuszczalnik odparowuje, ostatecznie tworząc włókno elektrospirowane na kolektorze.

Włókna te mają zwykle tylko 50 do 500 nanometrów średnicy. W przeliczeniu na 50 nanometrów ich grubość wynosi zaledwie jedną piątą tysięcznej średnicy włosa.

Moderator: W porównaniu z poprzednią technologią elektroprzędzenia, co jest kluczem do uczynienia nanowłókien „posłusznymi”?

Chang Jiang: Nasza technologia jest bardziej precyzyjnie nazywana „kontrolowaną technologią elektroprzędzenia”, ponieważ odkryliśmy, że osadzanie i układ włókien są kontrolowane głównie przez dwa rodzaje sił, z których jedna jest obecna w dyszy przędzalniczej. Siła pola elektrycznego wytwarzana przez pole elektrostatyczne między odbiornikiem a włóknem elektrospinującym. Gdy włókno elektrospirowane działa w kierunku odbiornika pod działaniem siły elektrycznej i blisko kolektora, ładunek elektrostatyczny na powierzchni włókna indukuje przeciwną biegunowość powierzchni kolektora. Ładunek elektrostatyczny i ładunek przeciwny przyciągają się wzajemnie, aby wytworzyć przyciąganie kulombowskie, co jest kolejną ważną siłą, o której wspomnieliśmy, która wpływa na odkładanie się włókien i ich wyrównanie. Dlatego, aby włókna elektrospunowe były „posłuszne” do osadzenia i ułożenia, konieczne jest kontrolowanie tych dwóch ważnych czynników.

Stosując tę zasadę, zaprojektowaliśmy i wykorzystaliśmy szablony zbierające o różnych strukturach do kontrolowania sił wpływających na odkładanie i wyrównanie włókien, a także przygotowaliśmy rusztowania z włókien elektrospun o złożonych kontrolowanych strukturach wzornictwa i oplatania. To duży krok naprzód w porównaniu do poprzedniej technologii kontroli orientacji światłowodów. W miarę dalszego kontrolowania wzoru i tkanej struktury nanowłókna stają się „posłuszne”, co również daje szersze możliwości zastosowania technologii elektroprzędzenia.

Moderator: Z jakiego rodzaju materiału ten nanowłókna jest obecnie pobierany?

Changjiang: Próbowaliśmy teraz użyć różnych materiałów, takich jak kwas polimlekowy, polikaprolakton, poliwinylopirolidon itp., Które można przekształcić w materiały z włókien elektroprzędzonych o kontrolowanym wzornictwie i strukturze tkania.

Moderator: W jakich obszarach możesz odegrać największą rolę?

Chang Jiang: Szczegółowo obszar zastosowań jest bardzo szeroki. W tej chwili nanowłókna elektroprzędzone mają duże perspektywy zastosowania w dziedzinie medycyny regeneracyjnej i inżynierii tkankowej. Na przykład włókna elektroprzędzone wykonane z materiałów polimerowych, które są dobrze kompatybilne z tkankami, mogą być stosowane jako sztuczne naczynia krwionośne, sztuczna skóra i sztuczne materiały kostne do naprawy defektów w takich tkankach. Ponadto nanowłókna z elektrowirowaniem mają potencjalne rynki z zakresu elektroniki, katalizy, przemysłu lotniczego, odzieżowego, a nawet innych branż.

Moderator: Jak stosuje się go w medycynie?

Chang Jiang: Ponieważ nanowłókna elektroprzędzone mają bardzo podobną budowę do naturalnej macierzy zewnątrzkomórkowej, mają dobrą strukturę porów, mają pewną wytrzymałość i stabilność oraz są łatwe w obróbce i produkcji. Dlatego idealnie nadaje się do naprawy i regeneracji tkanek narządów ludzkich. Jeden z materiałów na stenty. Ma szeroki zakres zastosowania w dziedzinie inżynierii tkankowej, takiej jak chrząstka, kość, naczynie krwionośne, serce i nerw.

Zasadniczo, gdy pacjenci mają uszkodzenie narządów i tkanek, zwykle stosujemy metody autologiczne lub allogeniczne do naprawy lub zastąpienia ran i wad, ale metoda ta często ma wadę polegającą na niewystarczającym dawcy lub odrzuceniu. W niedalekiej przyszłości możemy połączyć technologię elektroprzędzenia z technologią inżynierii tkankowej w celu naprawy uszkodzeń tkanek ludzkich.

W szczególności rusztowanie komórkowe jest najpierw elektroprzędzone zgodnie z kształtem tkanki lub narządu, który ma być zastąpiony lub naprawiony przez pacjenta, a następnie odpowiednie komórki zaszczepiające są ekstrahowane od pacjenta i umieszczane na wcześniej przygotowanym rusztowaniu komórkowym do hodowli. Rusztowania z elektroprzędzeniem wykonane z biodegradowalnych biomateriałów nie tylko kształtują nowe narządy lub tkanki skóry podczas ich wzrostu, ale także zapewniają odpowiednią przestrzeń dla aktywności biologicznej komórek i wytwarzają pewne efekty stymulujące. Należy tutaj zauważyć, że stosując wprowadzoną powyżej technologię „kontrolowanej”, możemy zaprojektować szablon do zbierania, aby przygotować materiał z włókien elektroprzędzonych o pewnej złożonej i kontrolowanej strukturze modelowania oraz aby stymulować komórkę do lepszej produkcji poprzez kontrolowanie mikrostruktury stent. Odpowiedź biologiczna. Wraz z namnażaniem i różnicowaniem komórek, tkanki i narządy powstają stopniowo, aż wady zostaną całkowicie naprawione, a materiał rusztowania będzie stopniowo degradowany. W rezultacie pacjent odrodził się, a rusztowanie elektroprzędzące, które działa jak substrat wzrostu, spełniło swoją misję.