具有多功能响应的凝胶纳米纤维纱线智能材料的研究取得重要进展
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具有多功能响应的凝胶纳米纤维纱线智能材料的研究取得重要进展

2018-01-22

近期,我校纺织学院覃小红老师、吴韶华博士与美国康奈尔大学(Cornell UniversityJonathan T. Butcher教授合作,研究论文Nanofiber-Structured Hydrogel Yarns with PH-Response Capacity and Cardiomyocyte-Drivability for Bio-Microactuator Application被国际生物材料研究领域的权威杂志《Acta Biomaterialia》发表(Acta Biomaterialia, 2017, 62, 102-115)。

    在众多的高分子智能材料中,具有多功能响应的高分子凝胶是一类十分重要的生物医用智能材料。论文作者以静电纺聚丙烯腈(PAN)取向纳米纤维纱线为预前体原料,对其进行热稳定以及热碱水解处理,制备了一种PAN基取向水凝胶纳米纤维纱线智能材料。经过参数优化之后,制备的凝胶纳米纤维纱线可以保持高度取向的纳米纤维结构。

    与常用的块状凝胶相比,PAN基取向凝胶纳米纤维纱线呈现柔而韧的力学特点,可以满足不同加工工艺的需求。并且,该凝胶纳米纤维纱线具有优异的pH响应性能。当pH值在47之间变化时,纱线的直径变化率可达900 %,可应于药物载体,在中性以及偏碱性的环境载药,在酸性环境下释放药物。与PAN基凝胶微米纤维纱线相比,凝胶纳米纤维纱线可以明显缩减纱线长度的pH响应滞后圈,并且响应速度显著提高。凝胶微米纤维纱线或者块状凝胶通常需要数十分钟乃至几天完成响应,但是凝胶纳米纤维纱线由于其具有超高的比表面积仅需要几秒钟即可完成响应,其在线性微致动器以及人造肌肉等领域具有潜在的应用前景。

    另外,论文作者以PAN基取向凝胶纳米纤维纱线为基体材料结合胚胎心肌细胞,制备了一种活细胞驱动型生物微致动器。凝胶纳米纤维纱线可以通过接触引导作用诱导心肌细胞取向粘附与生长,形成类似人类心肌组织的肌节束状结构,可以实现微致动器输出动力的最大化。在细胞培养2天后,所有心肌细胞均开始搏动,并且开始驱动PAN基取向凝胶纳米纤维纱线开始搏动,搏动频率约为每分钟63次,近似正常人类心脏,目前论文作者正在与康奈尔大学心脏系的教授合作,以这一微致动器为模型进行心脏相关的药物体外研究与筛选。

 

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