靜電紡絲利用電場來操縱納米和微尺度的纖維，這項技術發展得很好，但費時又費錢。密歇根理工大學一個研究小組提出了一種新方法，可以製造出可定製的納米纖維，用於細胞培養，從而減少了去除有毒溶劑和化學物質的時間，其研究成果發表在《材料》上。
密歇根理工大學生物醫學工程助理教授Smitha Rao領導了這項研究並表示：這種方法是創新的，我們完全是在橫向研究這個問題，該團隊專注於簡化電紡納米纖維的生產。納米纖維被用作支架，由鏈和口袋組成，可以生長細胞。
博科園-科學科普：想要一個組裝好的高度對齊支架，上面有理想結構和細胞喜歡的模式。拿一個細胞，把它放在多孔材料、彈性材料和硬材料上，結果發現細胞做不同的事情。通常使用不同的材料來獲得這些不同特性。當把細胞放在不同的表面時，它們反應是不同的，所以我們能製造出既能提供不同條件又能保持材料不變的支架嗎？簡而言之，是的。製作可定製的支架出奇地簡單，尤其是與通常用於製造適合電紡絲的支架的費力鑄造和添加工藝相比。此外，Rao的團隊還發現了一個令人愉快的“副作用”。
- 雖然這種聚合物材料的紋理可以用肉眼看到，但顯微鏡下的圖像揭示了結構中口袋和線的複雜性。圖片：Smitha Rao/Michigan Tech
把聚合物放入溶液中得出了這個神奇的公式，然後我們必須對它進行電自旋。看到細胞排列整齊，而不需要我們施加任何外力。通常，要使它們對齊，必須把它們放在電場中，或者把它們放在一個房間裡，通過施加外部壓力來攪動腳手架，迫使它們向特定的方向對齊，基本上是把這個支架的碎片扔進培養皿，然後把細胞丟在上面。當在電場中旋轉時（想象一下一臺棉花糖機器）這些自對準的細胞遵循底層納米纖維的繩袋結構。研究小組發現，不同電場強度會導致不同的口袋大小。在18kv時，神奇的事情發生了，纖維排列整齊。在19kv時，形成小的囊泡，是心臟成肌細胞的理想狀態。
當電壓達到20千伏時，蜂窩狀的口袋會在纖維中膨脹。骨細胞更喜歡在21000伏時形成的囊泡；皮膚細胞並不挑剔，但特別喜歡生長在22000伏的寬敞房間。Rao團隊測試了多種聚合物混合物，發現一些最常見材料仍然是可靠的。神奇的雙聚合物混合物使他們能夠操縱納米纖維的口袋大小；三種聚合物的混合物使調整機械性能成為可能。該聚合物包括聚己內酯(PCL)、可生物降解且易於成型、導電聚苯胺(PANI)，它們共同構成了可與聚偏二氟乙烯(PVDF)結合的雙聚合物共混物。由於聚苯胺在自然界具有導電性，人們可以把它扔進纖維基質中，為神經元等細胞獲得導電支架。
- 細胞在不同的表面生長不同，史密斯塔·拉奧的實驗室想看看一種支架是否能產生這種多樣性。圖片：Smitha Rao/Michigan Tech
然而，還沒有人使用這些材料來操縱工藝條件。能夠使用相同材料來創建不同納米纖維特性意味著消除可能干擾實驗結果的化學和物理變量。研究團隊希望，隨著更多研究人員使用該團隊的混合物和工藝，它將加快研究，以更好地瞭解神經機制，加快傷口癒合技術，測試細胞系和促進快速原型在生物醫學工程。Rao說：我們試圖簡化這個過程來回答一個非常複雜的問題，細胞是如何增殖和生長的？這是我們的基本構件，這是2乘2的樂高，可以在那裡建造任何你想要的東西。
- 當在電場中旋轉時（想象一下一臺棉花糖機）這些自對準的細胞遵循底層納米纖維繩袋結構。圖片：Peter Zhu/Michigan Tech
博科園-科學科普｜研究/來自: 密歇根理工大學/Allison Mills
參考期刊文獻:《Materialia》
DOI: 10.1016/j.mtla.2019.100296
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