Dizajner tkanina čini Nanofiber poslušnom tehnologijom

Kao što svi znamo, da bi se proizveo komad tkanine, pređa bi se trebala oblikovati u skladu s tehničkim zahtjevima konstruktora tkanina i kombinirati u skladu s određenim pravilima. Nanofibra, promjera svega petinu milimetra, mogu biti „poslušna“ poput pređe, utkana u tkanine prema potrebi?

Kako tkati ove ultrafine nano vlakna poput pređe na tkalačkom stanu po obrascu koji su ljudi očekivali je problem koji je naleteo na naučnike na polju elektrospinovanja.

Novinar je nedavno dobio vijest iz Šangajskog instituta za keramiku Kineske akademije nauka. Uspjeli su upotrijebiti naprednu tehnologiju elektrospinovanja kako bi nanofibra učinili nevidljivim golim okom "poslušnim" i "tkanjem" peruta po želji naučnika. , prstenovi, pa čak i kineski čvorovi, škotski karirani i drugi uzorci, a naučnici su isprobali najrazličitije materijale, koji mogu pravilnim uzorcima "tkati" nanočete.

U ovom broju recepcije Lijang Fenga pozvali smo osoblje koje radi na istraživanju i razvoju ove tehnologije, Changjiang, istraživača iz Šangajskog instituta za keramiku Kineske akademije nauka, da ga upozna sa područjima istraživanja i razvoja i primene ovog tehnologija.

Voditelj: Molim vas, recite nam što je tehnologija elektrošogiranja?

Chang Jiang: Elektrospinning tehnologija je nova metoda obrade za pripremu ultrafinijih vlakana nanocrnog spreja raspršivanjem polimerne otopine (ili taline) pod djelovanjem električnog polja. Obični uređaj za pripremu elektrospinninga sastoji se uglavnom od tri dela: visokonaponski izvor napajanja, uređaj za skladištenje tečnosti sa provodljivim vrtenjem i kolektor. Kad instrument radi, na centrifugu se postavlja visoki tlak, koji stvara električno polje između mlaznice visokog pritiska i sakupljača niskog pritiska. Kad se napon poveća u određenoj mjeri, rastvor nadvlada površinski napon pod djelovanjem elektrostatičke odbijanja. I viskoelastična sila, koja se izbacuje iz centrifuge i formira mlaz, mlaz se postepeno rafinira tokom rada do prijemnika, dok otapalo isparava, na kraju stvarajući vlakana sa elektrosupom na kolektoru.

Ti filamenti su obično prečnika od 50 do 500 nanometara. Ako se izračunava na 50 nanometara, njihova debljina iznosi samo jednu petinu hiljade promjera dlake.

Moderator: U usporedbi s prethodnom tehnologijom raspršivanja, šta je ključno da nanofibra postane „poslušna“?

Chang Jiang: Naša se tehnologija preciznije naziva „upravljana tehnologija elektrospinziranja“, jer smo otkrili da taloženje i raspored vlakana uglavnom kontroliraju dvije vrste sila, od kojih je jedna prisutna u spineretu. Snaga električnog polja generirana elektrostatičkim poljem između prijemnika i vlakana. Kad se vlakno s elektropoljom pokreće prema prijemniku pod električnom silom i blizu kolektora, elektrostatički naboj na površini vlakana inducira suprotan polaritet površine kolektora. Elektrostatički naboj i suprotni naboj privlače jedni druge kako bi stvorili Coulomb privlačnost, što je još jedna važna sila koju smo spomenuli i koja utječe na taloženje i poravnavanje vlakana. Zbog toga, kako bi se elektrospun vlakna učinila „poslušnima“ za odlaganje i sređivanje, potrebno je kontrolirati ova dva važna faktora.

Koristeći ovaj princip, dizajnirali smo i koristili predloške za sakupljanje različitih struktura kako bismo kontrolirali sile koje utječu na taloženje i poravnavanje vlakana, te pripremili skele od vlakana od elektropuštenih vlakana sa složenim strukturama uzorka i oblikovanja. Ovo je veliki korak naprijed od prethodne tehnologije kontrole orijentacije vlakana. Kako se dodatno poboljšava kontroliranje uzorka i tkanine, nano vlakna postaju „poslušna“, što također donosi širi potencijal za primjenu tehnologije elektrospinovanja.

Moderator: Trenutno od kakvog je materijala uzeta ova nanofibra?

Changjiang: Sada smo pokušali da upotrijebimo različite materijale, poput polimerne kiseline, polikaprolaktona, polivinilpirolidona, itd., Koji se mogu izrađivati u materijale vlakana sa elektropoljom sa upravljanom strukturom uzorka i tkanja.

Moderator: U kojim područjima možete igrati svoju najveću ulogu?

Chang Jiang: Detaljno, polje aplikacije je vrlo opsežno. U ovom trenutku, elektroosna nano vlakna imaju velike izglede za primjenu u područjima regenerativne medicine i inženjerstva tkiva. Na primjer, elektroosna vlakna izrađena od polimernih materijala koji su dobro kompatibilni s tkivima mogu se koristiti kao umjetni krvni sudovi, umjetna koža i umjetni koštani materijali za popravljanje oštećenja u takvim tkivima. Pored toga, elektropotrošna nano vlakna imaju potencijalna tržišta u elektronici, katalizi, zrakoplovstvu, odjeći i čak drugim industrijama.

Moderator: Kako se primjenjuje u medicinskom području?

Chang Jiang: Budući da su elektroenergetska nano vlakna po strukturi vrlo slična prirodnom izvanstaničnom matriksu, imaju dobru strukturu pora, imaju određenu čvrstoću i stabilnost i lako se obrađuju i proizvode. Zbog toga je idealno za obnovu i regeneraciju tkiva ljudi. Jedan od materijala za stent. Ima širok spektar primjene na području tkivnog inženjerstva poput hrskavice, kostiju, krvnih žila, srca i živaca.

Kad pacijenti imaju oštećenje organa i tkiva, obično se koriste autologne ili alogenske metode za popravljanje ili zamjenu rana i oštećenja, ali ova metoda često ima nedostatak nedovoljnog davanja ili odbacivanja. U skoroj budućnosti možemo kombinirati tehnologiju elektrospinziranja sa tehnologijom tkivnog inženjeringa za popravak oštećenja ljudskog tkiva.

Konkretno, ćelijska skela prvo se raspršuje prema obliku tkiva ili organa koje pacijent treba zamijeniti ili popraviti, a zatim se odgovarajuće sjemenske stanice izvade iz pacijenta i postave na prethodno pripremljenu staničnu skelu za kulturu. Elektrospinning skele napravljene od biorazgradivih biomaterijala ne samo da oblikuju nove organe ili tkiva kože tijekom rasta, već također pružaju odgovarajući prostor za biološke aktivnosti stanica i proizvode određene stimulativne učinke. Ovdje treba napomenuti da pomoću gore kontrolirane „kontrolirajuće“ tehnologije možemo dizajnirati predložak za sakupljanje materijala za pripremu materijala od elektropoljkastih vlakana s određenom složenom i kontroliranom strukturom uzorka, te potaknuti ćeliju da bolje proizvodi kontrolom mikrostrukture. stent Biološki odgovor. Proliferacijom i diferencijacijom ćelija postepeno se formiraju tkiva i organi dok se oštećenja potpuno ne saniraju, a materijal skele se postepeno razgrađuje. Kao rezultat toga, pacijent se prerodio, a elektrospinning skela, koja djeluje kao supstrat za rast, ispunila je svoju misiju.