近日，美國麻省理工學(xué)院、北京航空航天大學(xué)和浙江理工大學(xué)科研人員在國際聞名期刊《美國科學(xué)院院刊》(PNAS)在線發(fā)表了一篇主題為“螺旋纖維束用于高度可伸縮的人造微組織”的研究論文。

該研究提出了一種簡單普適性的制備多級(jí)結(jié)構(gòu)螺旋纖維的方法，對(duì)其力學(xué)性能進(jìn)行了理論模擬，并研究了其作為細(xì)胞生物組織支架的動(dòng)態(tài)拉伸細(xì)胞生物活性。

研究者受天然生物組織多尺度纖維的啟發(fā)，通過紡絲技能結(jié)合加捻方法仿生設(shè)計(jì)并制備了多尺度結(jié)構(gòu)螺旋纖維束，研究了原始纖維束和多尺度結(jié)構(gòu)螺旋纖維束的力學(xué)性能。通過優(yōu)化不同的材料成分(包括PLGA、PVDF-HFP、PU和CA)，獲得了具有超高應(yīng)變(高達(dá)1500%)的多尺度纖維束，進(jìn)而研究人員探討了不同結(jié)構(gòu)纖維束在動(dòng)態(tài)拉伸狀態(tài)下(包括拉伸和彎曲)作為細(xì)胞支架的生物活性穩(wěn)定性。

研究表明，多尺度螺旋纖維束由于具有獨(dú)特的螺旋圈結(jié)構(gòu)，在動(dòng)態(tài)拉伸細(xì)胞活性方面明顯優(yōu)于一級(jí)纖維束，材料表面的多尺度周期性拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不但可以改變細(xì)胞的物理特性(包括細(xì)胞的體積和取向)，同時(shí)還可以通過調(diào)控特定轉(zhuǎn)錄因子向細(xì)胞核的運(yùn)輸，誘導(dǎo)充間質(zhì)干細(xì)胞朝肌肉細(xì)胞的定向分化。

論文提出的方法為制備先進(jìn)柔性材料、工程設(shè)計(jì)材料、細(xì)胞生物學(xué)的發(fā)展等提供新的技能支持，所制備的材料在人類健康監(jiān)測(cè)、可穿戴電子、可伸縮性制動(dòng)器、人造生物器官等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用。

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