静电纺丝利用电场来操纵纳米和微尺度的纤维,这项技术发展得很好,但费时又费钱。密歇根理工大学一个研究小组提出了一种新方法,可以制造出可定制的纳米纤维,用于细胞培养,从而减少了去除有毒溶剂和化学物质的时间,其研究成果发表在《材料》上。密歇根理工大学生物医学工程助理教授Smitha
Rao领导了这项研究并表示:这种方法是创新的,我们完全是在横向研究这个问题,该团队专注于简化电纺纳米纤维的生产。纳米纤维被用作支架,由链和口袋组成,可以生长细胞。

以科学家用牛血清蛋白生产纳米纤维

8月4日,清华大学化学系教授袁金颖访问中国科学院新疆理化技术研究所并进行学术交流。

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以色列技术学院机械工程系和海法卢瑟贝瑞纳米技术研究所的科学家,利用从牛血中提取的天然蛋白,制成一种可用来生产新一代医用缝合线和绷带的纳米纤维。

访问期间,袁金颖作了题为CO2 Responsive Nanofibrous Membranes with
Switchable Oil-water
Separation
的学术报告,详细介绍了他所在的课题组在CO2刺激响应型聚合物的可控合成、组装形貌调控与功能调控方面的研究工作,并将所得材料结合静电纺丝技术,构筑了对CO2具有响应的纳米纤维膜,实现了纳米纤维膜表面在疏水—亲水之间的转换,并将材料创新性地用于油水混合物的分离过程。

博科园-科学科普:想要一个组装好的高度对齐支架,上面有理想结构和细胞喜欢的模式。拿一个细胞,把它放在多孔材料、弹性材料和硬材料上,结果发现细胞做不同的事情。通常使用不同的材料来获得这些不同特性。当把细胞放在不同的表面时,它们反应是不同的,所以我们能制造出既能提供不同条件又能保持材料不变的支架吗?简而言之,是的。制作可定制的支架出奇地简单,尤其是与通常用于制造适合电纺丝的支架的费力铸造和添加工艺相比。此外,Rao的团队还发现了一个令人愉快的“副作用”。

牛血清蛋白与人体中大量存在的血清蛋白相似,用它生产纳米纤维具有生物兼容性好,持久耐用的特点。为了提取纳米纤维,科学家向牛血清蛋白液中添加了一种化学物质,将这些蛋白紧密折叠在一起的结合力减弱,形成一种更容易抽取纤维的稀释溶液;然后,研究人员利用“电纺丝”技术生产出高强度医用纳米纤维。

报告会后,袁金颖参观了新疆理化所环境科学与技术研究室的实验室,研究员马鹏程也向袁金颖介绍了其研究小组在油水分离材料方面的研究进展,为今后双方在相关领域开展合作研究奠定了基础。

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多年来,研究人员一直试图利用天然蛋白开发出一种比现有材料更适合人体组织的伤口缝合材料,但结果均不如人意。于是,科学家将目光投向了新兴的电纺丝技术。该技术是利用聚合物溶液在电场作用下进行拉伸弯曲制造纳米纤维的新型加工方法。由于电纺丝纤维在结构上与天然细胞外基质十分相似,且有较好的生物相容性及一定的强度和稳定性,因此,是理想的医用纤维材料。

袁金颖,现任清华大学化学系教授,长期从事特定结构功能聚合物的可控合成新方法和刺激响应聚合物的功能调控研究。尤其对外加电场、特种气体、可见光、金属离子和主体分子具有响应性的刺激响应高分子体系开展了系统研究,在J.
Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Chem.
Commun.
等学术期刊上发表论文100余篇。

http://www.jdpurchase.com ,虽然这种聚合物材料的纹理可以用肉眼看到,但显微镜下的图像揭示了结构中口袋和线的复杂性。图片:Smitha
Rao/Michigan Tech

负责这项研究的以色列技术学院的艾亚尔:祖斯曼教授称,用这种技术生产的纳米纤维除可用于缝合线和绷带外,在生物医学、电子、航空航天、服装等领域也有广泛的应用前景。此外,这种方法也可用于其他天然蛋白。

把聚合物放入溶液中得出了这个神奇的公式,然后我们必须对它进行电自旋。看到细胞排列整齐,而不需要我们施加任何外力。通常,要使它们对齐,必须把它们放在电场中,或者把它们放在一个房间里,通过施加外部压力来搅动脚手架,迫使它们向特定的方向对齐,基本上是把这个支架的碎片扔进培养皿,然后把细胞丢在上面。当在电场中旋转时(想象一下一台棉花糖机器)这些自对准的细胞遵循底层纳米纤维的绳袋结构。研究小组发现,不同电场强度会导致不同的口袋大小。在18kv时,神奇的事情发生了,纤维排列整齐。在19kv时,形成小的囊泡,是心脏成肌细胞的理想状态。

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