Návrhář tkanin dělá z technologie nanovláken poslušné

Jak všichni víme, pro výrobu kusu látky by měla být příze vytvořena podle technických požadavků konstruktéra textilie a kombinována podle určitých pravidel. Nanovlákna, která mají průměr pouze jedné pětiny milimetru, mohou být „poslušná“ jako příze, tkaná do tkanin podle potřeby?

Jak tkát tato ultrajemná nanovlákna, jako jsou příze na tkalcovském stavu, ve vzoru, který lidé očekávali, je problém, který trápí vědce v oblasti elektrostatického zvlákňování.

Nedávno reportér dostal zprávy z Šanghajského institutu keramiky Čínské akademie věd. Byli schopni použít pokročilou technologii elektrostatického zvlákňování, aby umožnili nanovláken neviditelným pouhým okem „poslouchat“ a „tkát“ kepr podle přání vědců. , prsteny a dokonce i čínské uzly, skotské plédy a další vzory a vědci vyzkoušeli různé materiály, mohou „tkané“ nanokolosy s pravidelnými vzory.

V tomto čísle přijímací místnosti Liang Feng jsme pozvali výzkumné a vývojové pracovníky této technologie, Changjiang, výzkumného pracovníka v Šanghajském keramickém institutu Čínské akademie věd, aby ho seznámili s oblastmi výzkumu, vývoje a aplikace tohoto technologie.

Moderátor: Prosím, řekněte nám, co je to technologie elektrostatického zvlákňování?

Chang Jiang: Technologie elektrostatického zvlákňování je nová metoda zpracování pro přípravu ultrajemných vláken v nano měřítku rozprašováním roztoku polymeru (nebo taveniny) působením elektrického pole. Obvyklé zařízení pro elektrostatické zvlákňování se skládá převážně ze tří částí: vysokonapěťový zdroj energie, zásobník kapaliny s vodivou zvlákňovací tryskou a kolektor. Když nástroj pracuje, je na zvlákňovací trysku aplikován vysoký tlak, který vytváří elektrické pole mezi vysokotlakou tryskou a nízkotlakým kolektorem. Když je napětí do určité míry zvýšeno, řešení překonává povrchové napětí působením elektrostatického odporu. A viskoelastická síla vystřelená ze zvlákňovací trysky a vytvářející trysku se tryska během provozu postupně rafinuje do přijímače, zatímco se odpařuje rozpouštědlo a nakonec vytváří na kolektoru elektrospředené vlákno.

Tato vlákna mají obvykle průměr pouze 50 až 500 nanometrů. Pokud jsou vypočteny na 50 nanometrů, jejich tloušťka je pouze pět tisícin průměru vlasu.

Moderátor: Jaký je ve srovnání s předchozí technologií elektrostatického zvlákňování klíč k tomu, aby byla nanovlákna „poslušná“?

Chang Jiang: Naše technologie se přesněji nazývá „regulovatelná technologie elektrostatického zvlákňování“, protože jsme zjistili, že ukládání a uspořádání vláken jsou řízeny hlavně dvěma druhy sil, z nichž jedna je přítomna ve zvlákňovací tryske. Síla elektrického pole generovaná elektrostatickým polem mezi přijímačem a vláknem elektrostatického zvlákňování. Když je elektrospředené vlákno provozováno směrem k přijímači pod elektrickou silou a blízko k kolektoru, elektrostatický náboj na povrchu vlákna indukuje opačnou polaritu povrchu kolektoru. Elektrostatický náboj a opačný náboj se navzájem přitahují, aby vytvořily Coulombovu přitažlivost, což je další důležitá síla, kterou jsme zmínili a která ovlivňuje ukládání a vyrovnání vláken. Proto, aby se elektrospředená vlákna stala "poslušnou", aby byla uložena a uspořádána, je nutné řídit tyto dva důležité faktory.

S využitím tohoto principu jsme navrhli a použili kolekce šablon s různými strukturami pro řízení sil ovlivňujících usazování a zarovnání vláken a připravili jsme elektrospředené lešení s komplexními kontrolovatelnými strukturami vzorování a pletení. Toto je velký krok vpřed než předchozí technologie kontroly orientace vláken. Jak je ovladatelnost vzoru a tkané struktury dále posílena, stává se nanovlákno „poslušné“, což také přináší širší perspektivu aplikace pro technologii elektrostatického zvlákňování.

Moderátor: Jaký materiál je v současné době z těchto nanovláken odebrán?

Changjiang: Nyní jsme se pokusili použít různé materiály, jako je kyselina polymléčná, polykaprolakton, polyvinylpyrrolidon atd., Které lze vyrobit z elektrospřádaných vláknitých materiálů s kontrolovatelným vzorováním a strukturou tkaní.

Moderátor: V kterých oblastech můžete hrát jeho největší roli?

Chang Jiang: Podrobně je aplikační pole velmi rozsáhlé. V současné době mají elektricky zvlákněná nanovlákna skvělé vyhlídky na použití v oblasti regenerativní medicíny a tkáňového inženýrství. Například mohou být elektricky zvlákněná vlákna vyrobená z polymerních materiálů, které jsou dobře kompatibilní s tkáněmi, použita jako umělé krevní cévy, umělá kůže a umělé kostní materiály k opravě defektů v těchto tkáních. Kromě toho mají elektrospřádaná nanovlákna potenciální trhy v elektronice, katalýze, letectví, oděvech a dokonce i v dalších průmyslových odvětvích.

Moderátor: Jak se používá v oblasti medicíny?

Chang Jiang: Protože elektricky zvlákněná nanovlákna mají velmi podobnou strukturu jako přírodní extracelulární matrice, mají dobrou strukturu pórů, mají určitou pevnost a stabilitu a snadno se zpracovávají a vyrábějí. Je proto ideální pro opravu a regeneraci tkáně lidských orgánů. Jeden z materiálů stentu. Má široké uplatnění v oblasti tkáňového inženýrství, jako je chrupavka, kost, krevní cévy, srdce a nerv.

Obecně, když mají pacienti poškození orgánů a tkání, obvykle používáme autologní nebo alogenní metody k opravě nebo nahrazení ran a defektů, ale tato metoda má často nevýhodu nedostatečného dárce nebo odmítnutí. V blízké budoucnosti můžeme pro opravu poškození lidské tkáně kombinovat technologii elektrostatického zvlákňování s technologií tkáňového inženýrství.

Konkrétně je buněčné lešení nejprve elektrospunováno podle tvaru tkáně nebo orgánu, který má být nahrazen nebo opraven pacientem, a poté jsou odpovídající zárodečné buňky extrahovány z pacienta a umístěny na předem připravené buněčné lešení pro kultivaci. Elektrospinující lešení vyrobené z biodegradovatelných biomateriálů nejen formují nové kožní orgány nebo tkáně během jejich růstu, ale také poskytují vhodný prostor pro biologickou aktivitu buněk a vyvolávají určité stimulační účinky. Zde by mělo být zdůrazněno, že pomocí výše uvedené "regulovatelné" technologie můžeme navrhnout sběrnou šablonu pro přípravu elektrospřádaného vláknitého materiálu s určitou složitou a kontrolovatelnou strukturou vzorování a pro stimulaci buňky k lepší produkci kontrolou mikrostruktury stent. Biologická odpověď. S proliferací a diferenciací buněk se postupně vytvářejí tkáně a orgány, dokud nejsou defekty zcela opraveny a materiál lešení postupně degradován. Výsledkem bylo znovuzrození pacienta a lešení elektrospinningu, které působí jako růstový substrát, splnilo své poslání.