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纳米轨道可以指导神经生长

EPFL的研究人员提出了一种在聚合物纤维的内部和外部压印纳米图案的方法。例如,这些纤维可用于引导神经再生和产生光学效果,并最终形成人造组织和智能绷带。

由法宾·索林(Fabien Sorin)运营的EPFL光子材料和纤维器件实验室的研究人员提出了一种简单而创新的技术,用于在中空聚合物纤维上绘制或压印复杂的纳米图案。他们的工作已发表在《高级功能材料》上。

这一突破的潜在应用是众多的。压印的设计可用于在光纤上赋予某些光学效果或使其具有防水性。它们还可以引导干细胞在带纹理的纤维通道中生长,或用于在特定位置和特定时间点分解纤维,以释放药物作为智能绷带的一部分。

像熔化的塑料一样拉伸纤维

为了制作纳米级烙印,研究人员从一种称为热拉伸的技术开始,该技术是用于制造光纤的技术。热拉伸涉及在预成型坯上雕刻或印制毫米尺寸的图案,该预成型坯是目标纤维的宏观版本。加热压印的预成型坯以改变其粘度,像熔融塑料一样拉伸成细长的细纤维,然后再次硬化。拉伸会使图案收缩,同时保持其比例和位置。但是这种方法有一个主要缺点:在微米尺度以下,图案不能保持完整。索林说:“当纤维被拉伸时,结构化聚合物的表面张力会导致图案变形,甚至消失在低于几微米的特定尺寸之下。”

为避免此问题,EPFL研究人员提出了将压印的瓶坯夹在牺牲聚合物中的想法。该聚合物通过降低表面张力在拉伸过程中保护图案。拉伸完成后将其丢弃。由于这一技巧,研究人员能够将微小且高度复杂的图案应用于各种类型的纤维。索林说:“我们已经获得了300纳米的图案,但是我们可以很容易地将它们缩小到几十纳米。”这是首次将如此细微且高度复杂的图案大规模地印在柔性纤维上。Sorin说:“这项技术能够实现特征尺寸比以前报道的小两个数量级的纹理。””

为了突出他们的成就的潜在应用,研究人员与由StéphanieLacour领导的Bertarelli神经假体技术基金会主席合作。他们在体外工作,能够利用其纤维引导来自脊神经节(在脊神经上)的神经突。这是使用这些纤维帮助神经再生或创建人造组织的令人鼓舞的一步。

除了生物学以外,这种发展可能还会对其他许多领域产生影响。“通过这种图案使纤维具有防水性的纤维可以用来做衣服。或者我们可以为纤维提供特殊的光学效果,以用于设计或检测目的。还有许多新的微流体系统需要做很多事情,”索林说。对于研究人员而言,下一步将是与其他EPFL实验室共同努力,例如研究体内神经再生。所有这一切,要归功于压印聚合物纤维的奇迹。

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