纳米纤维膜转化为3D支架

在电影“变形金刚”中，汽车变成了机器人、喷气式飞机或各种机械。一个类似的概念激发了一组研究人员将气体发泡(一种诱导气泡的化学物质的混合物)与 3-D 成型技术相结合，以将电纺膜快速转化为复杂的 3-D 形状以用于生物医学应用。

在Applied Physics Reviews 中，该小组报告了其新方法，与其他方法相比，该方法在速度和质量上有显着提高。这项工作也是首次成功证明通过在这些转化的 3-D纳米纤维支架上分化人类神经祖细胞/干细胞，形成具有有序结构的 3-D 神经组织结构。

“静电纺丝是一种生产纳米纤维膜的技术，”共同作者、内布拉斯加大学医学中心的 Jingwei Xie 说。“其背后的物理原理涉及施加电力来克服溶液的表面张力，从而在溶剂蒸发后将溶液射流拉长成连续的超细纤维。”

由于静电纺丝的固有特性，纳米纤维通常被沉积以形成具有致密结构和小于细胞大小的小孔径的二维膜或片。

“这极大地抑制了电纺纳米纤维的应用，因为细胞无法播种或穿透整个纳米纤维膜，这是不可取的，”他解释说。

研究人员将气体发泡和 3-D 成型概念相结合，在有限空间内扩展纳米纤维膜，形成圆柱形、长方体、球形和不规则形状的预先设计的 3-D 纳米纤维物体。

“我们的 3-D 物体具有合适的孔径和受控的纤维排列，用于引导和增强细胞渗透以形成新组织，”谢说。

小组的工作意义重大，因为它可以在一个小时内完成。其他方法可能需要长达 12 小时才能完成转换过程。

“由于能够模拟细胞外基质的结构，电纺纳米纤维在组织工程、再生医学和组织建模等应用中显示出巨大的潜力，”谢说。

该小组最有趣的发现之一是，在用明胶涂覆 3-D 纳米纤维物体后，它们表现出超弹性和形状恢复。

“用聚吡咯涂层功能化的明胶涂层立方体支架在循环压缩过程中表现出动态导电性，”他说。

他们还证明，长方体形状的纳米纤维物体对猪肝损伤模型中的可压缩性出血有效。

未来，该小组的方法可能有助于“使无治疗生物材料用于组织修复和再生，例如使用预先设计的纳米纤维物体来适应不规则的组织缺陷，”谢说。“除此之外，超弹性和形状恢复可以允许以微创方式应用 3-D 纳米纤维物体。”

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