工程师为电纺纳米纤维制造基本构件

艾莉森工厂,密歇根科技新闻

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生物医学工程师削减后处理步骤,使电纺纳米纤维用于伤口愈合,并改善生物组织的3d矩阵。他们使用相同的材​​料加速原型设计。

静电纺丝使用电场来操纵纳米级和微米级纤维。该技术发展良好但耗时且昂贵。ag集团的一个团队想出了一种新的方法来创建可定制的纳米纤维,用于培养细胞培养物,从而减少去除有毒溶剂和化学品的时间。他们的工作发表在elsevier的材料中。
密歇根技术生物医学工程助理教授smitha rao领导了这项研究。她说这种方法具有创新性,“我们正在全力以赴”,该团队专注于简化电纺纳米纤维的生产。纳米纤维用作支架,由股线和口袋组成,可以生长细胞。

“我们想要一个装配好,高度对齐的脚手架,它具有理想的结构和图案,就像细胞一样,”rao说。 “拿一个细胞,把它放在多孔材料上,而不是弹性材料和硬质材料上,结果发现细胞做了不同的事情。通常你使用不同的材料来获得这些不同的特征。当你把它们放在不同的表面上时,细胞反应会有所不同,那么我们是否可以在保持材料相同的同时制造提供这些不同条件的支架?“

纳米纤维线和口袋

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

“我们接受聚合物,然后我们将它们放入溶液中,我们想出了这种神奇的配方 - 然后我们不得不静电喷涂它,”rao解释说,并补充说团队在这个过程中发现了一些奇怪的东西。

“我们看到细胞对齐而我们没有在外部施加任何东西。通常情况下,为了使它们对齐,你必须将它们放在电场中,或者将它们放在一个室内并搅动脚手架以迫使它们通过施加外部应力在特定方向上对齐,“她说。 “我们基本上把这个脚手架的碎片扔进培养皿中并将细胞放在上面。”

当在电场中旋转时 - 想象一下棉花糖机器 - 自我调整细胞遵循下面纳米纤维的褶皱和口袋图案。 rao的团队,包括主要作者和博士学生nrenam hanumantharao和硕士生学生carolynn que,发现不同的电场强度导致不同的口袋大小。在18千伏时,魔法发生了,光纤就是这样。在19千伏时,形成小口袋,非常适合心肌成肌细胞。在20千伏时,口袋的蜂窝状物在纤维中膨胀。骨细胞更喜欢在21千伏处形成的口袋;皮肤细胞不挑剔,但特别喜欢22千伏的宽敞房间。

多链纳米纤维

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验证的。他们神奇的双聚合物混合物让他们操纵纳米纤维口袋大小;三聚合物混合物可以调整机械性能。聚合物包括聚己内酯(pcl),可生物降解且易于成型,以及导电聚苯胺(pani),它们一起制成双聚合物共混物,其可与聚偏二氟乙烯(pvdf)组合。

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

能够使用相同的材​​料来创建不同的纳米纤维特性意味着消除可能弄乱实验结果的化学和物理变量。 rao希望随着越来越多的研究人员使用她的团队的混合和过程,它将加速研究,以更好地了解神经机制,加快伤口愈合技术,测试细胞系并促进生物医学工程中的快速原型制作。

“我们正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?”rao说。 “这是我们的基本构件;这是2乘2的乐高。你可以从那里建造任何你想要的东西。“