将纳米纤维膜转化为复合3D形状的生物医学应用

圆柱形纳米纤维脚手架示意图

示意图说明将2D纳米纤维垫转换成圆柱形纳米纤维支架的过程用(a)用于圆柱形状的中空管形模具,并且(b)用于管形状的定制支架。照片(c)表示可以用不同的模具形状产生的不同支架。信誉:景伟谢

研究人员开发了一种为生物医学应用创建3D脚手架的新方法。

在电影“变形金刚”,汽车变成机器人,喷气机或各种机械。类似的概念激发了一组研究人员,将气体发泡组合,这是一种诱导气体鼓泡的化学品的混合物,以及3D模塑技术,以便将电纺膜快速变换成用于生物医学应用的复杂3D形状。

应用物理评论从AIP发布,本集团的新方法报告了与其他方法相比,展示了速度和质量的显着改善。该工作也是通过分化在这些转化的3D纳米纤维支架上的人神经祖细胞/干细胞的分化来形成3D神经组织构建体的第一次成功演示。

“静电纺丝是一种生产纳米纤维膜的技术,”内布拉斯加州大学医疗中心联合兴威谢说。“它背后的物理原理涉及施加电力以克服溶液蒸发后将溶液喷射到连续和超细纤维中的表面张力。”

由于静电纺丝的固有性质,通常沉积纳米纤维以形成具有致密结构的2D膜或片材,并且小于细胞尺寸的小孔尺寸。

“这极大地抑制了电纺纳米纤维的应用,因为细胞在整个纳米纤维膜中未种子或穿透,这是不希望的”。

研究人员组合气体发泡和3D成型概念将纳米纤维膜扩展到狭窄的空间内,以形成圆柱形,长方体,球形和不规则形状的预测的3D纳米纤维物体。

“我们的3D物体具有适当的孔径和控制光纤对准,用于引导和增强细胞穿透以形成新组织,”谢说。

本集团的工作很重要,因为它可以在一小时内完成。其他方法可能需要多达12小时才能完成转换过程。

“由于模仿细胞外基质的结构的能力,Electrom an纳米纤维在组织工程,再生医学和组织建模如组织工程,再生医学和组织建模的潜力方面存在巨大潜力。”谢。

本集团最有趣的发现之一是,在用明胶涂覆3D纳米纤维物体后,它们表现出超弹性和形状回收。

“用聚吡咯涂层官能化的明胶涂覆的立方体形支架在周期性压缩期间表现出动态的电导率,”他说。

他们还证明了立方体形纳米纤维物体对于猪肝损伤模型中可压缩出血是有效的。

将来,本集团的方法可能有助于“能够使可治疗的生物材料能够进行组织修复和再生,例如使用预测的纳米纤维物体来适应不规则的组织缺陷,”谢说。“超出此外,超弹性和形状恢复可以允许以微创的方式应用3D纳米纤维物体。”

参考:“将2D纳米纤维膜的快速将2D模型3D支架与生物医学应用中的仿生和面向多孔结构进行生物医学应用”,由六元陈,约翰逊,Alec McCarthy,Mark A. Carlson,Xiaowei Li和Jingwei谢,12月12日2020年,应用物理评论
DOI:10.1063 / 1.5144808

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