Kangassuunnittelija tekee Nanofiberistä tottelevaisen tekniikan

Kuten kaikki tiedämme, kangaskappaleen tuottamiseksi lanka tulisi olla muotoiltu kankaan suunnittelijan teknisten vaatimusten mukaisesti ja yhdistetty tiettyjen sääntöjen mukaisesti. Nanokuidut, joiden halkaisija on vain viidesosa millimetristä, voivat olla "kuuliaisia" kuten langat, kudotut kankaisiin tarpeen mukaan?

Kuinka kutoa nämä erittäin hienot nanokuitut, kuten kangaspuiden langat, ihmisten odottamassa kuviossa, on ongelma, joka on vaivannut tutkijoita sähköhionnan alalla.

Äskettäin toimittaja sai uutisia Kiinan tiedeakatemian Shanghain keramiikkainstituutista. He ovat kyenneet käyttämään edistynyttä sähköhalkaisutekniikkaa tehdäkseen nanokuitut näkymättömiksi paljaalla silmällä "noudattaen" ja "kutomaan" twillin tutkijoiden toiveiden mukaan. , renkaat ja jopa kiinalaiset solmut, skotlantilaiset ruudut ja muut kuviot, ja tutkijat ovat kokeilleet erilaisia materiaaleja, voivat "kutoa" nanopukuvaatteita säännöllisillä kuvioilla.

Tässä Liang Fengin vastaanottohuoneen numerossa kutsuimme tämän tekniikan tutkimus- ja kehityshenkilöstöä, Changjiangia, Kiinan tiedeakatemian Shanghain keramiikkainstituutin tutkijaa, esittelemään hänelle tämän tekniikan tutkimus-, kehitys- ja sovelluskenttiä. teknologiaa.

Moderaattori: Kerro meille, mitä on sähkökestävä tekniikka?

Chang Jiang: Sähköhiontatekniikka on uusi prosessimenetelmä nanomittakaavan ultrahienojen kuitujen valmistamiseksi suihkuttamalla polymeeriliuosta (tai sulaa) sähkökentän vaikutuksesta. Tavallinen sähköhionnan valmistuslaite koostuu pääasiassa kolmesta osasta: korkeajännitevirtalähteestä, nesteen varastointilaitteesta, jossa on johtava spinneretti, ja kollektorista. Kun instrumentti toimii, kehruuhihnaan kohdistetaan korkea paine, joka luo sähkökentän korkeapainesuuttimen ja matalapainekeräimen väliin. Kun jännitettä nostetaan tietyssä määrin, ratkaisu voittaa pintajännityksen sähköstaattisen heikentymisen vaikutuksesta. Ja viskoelastinen voima, joka poistuu kehrästä ja muodostaa suihkun, suihku hiertyy asteittain käytön aikana vastaanottimeen, samalla kun liuotin haihtuu, jolloin lopulta muodostuu sähköpunoskuitu kollektoriin.

Näiden filamenttien halkaisija on tyypillisesti vain 50 - 500 nanometriä. Jos lasketaan 50 nanometrillä, niiden paksuus on vain yksi viidestuhatosa hiuksen halkaisijasta.

Moderaattori: Edelliseen sähköhiontatekniikkaan verrattuna mikä on avain nanokuitujen tekemiseen "kuuliaisiksi"?

Chang Jiang: Teknologiamme kutsutaan tarkemmin "ohjattavaksi sähköhiontateknologiaksi", koska olemme havainneet, että kuitujen laskeutumista ja järjestelyä ohjaavat pääasiassa kahden tyyppiset voimat, joista toinen on läsnä ketjussa. Vastaanottimen ja sähkökestävän kuidun välisen sähköstaattisen kentän tuottama sähkökenttävoima. Kun sähköpunoskuitua käytetään vastaanottimeen kohti sähkövoiman vaikutuksesta ja lähellä kollektoria, kuidun pinnalla oleva sähköstaattinen varaus indusoi kollektoripinnan vastakkaisen napaisuuden. Sähköstaattinen varaus ja vastakkainen varaus houkuttelevat toisiaan tuottamaan Coulomb-vetovoimaa, joka on toinen mainitsemme tärkeä voima, joka vaikuttaa kuidun laskeutumiseen ja kohdistukseen. Siksi, jotta sähköpunakuidut "kuuliaisiksi" asetetaan ja järjestetään, on välttämätöntä hallita näitä kahta tärkeää tekijää.

Tätä periaatetta käyttämällä olemme suunnitelleet ja käyttäneet erilaisilla rakenteilla olevia keräysmalleja kuitujen laskeutumiseen ja kohdistukseen vaikuttavien voimien ohjaamiseen ja valmistaneet sähköpistokuitutelineet, joissa on monimutkaiset hallittavissa olevat kuviointi- ja punontarakenteet. Tämä on iso askel eteenpäin kuin aikaisempi kuidun suuntautumisen ohjaustekniikka. Kun kuvion ja kudotun rakenteen hallittavuus paranee entisestään, nanokuitusta tulee "tottelevainen", mikä tuo myös laajemman sovellusmahdollisuuden sähkökestävään tekniikkaan.

Moderaattori: Millaisesta materiaalista tämä nanokuitu on peräisin?

Changjiang: Olemme nyt yrittäneet käyttää erilaisia materiaaleja, kuten polymaitohappoa, polykaprolaktonia, polyvinyylipyrrolidonia jne., Jotka voidaan tehdä sähköpunokuitumateriaaleiksi, joissa on hallittavissa oleva kuviointi ja kudontarakenne.

Moderaattori: Millä alueilla voit pelata sen suurinta roolia?

Chang Jiang: Yksityiskohtaisesti sovelluskenttä on erittäin laaja. Sähköpunaisilla nanokuiduilla on toistaiseksi hyvät käyttömahdollisuudet regeneratiivisen lääketieteen ja kudostekniikan aloilla. Esimerkiksi kudosten kanssa hyvin yhteensopivista polymeerimateriaaleista valmistettuja sähköpunkekuituja voidaan käyttää keinotekoisina verisuonina, keinotekoisena ihona ja keinotekoisina luumateriaaleina tällaisten kudosten virheiden korjaamiseksi. Lisäksi sähköpunaisilla nanokuiduilla on potentiaalisia markkinoita elektroniikka-, katalyysi-, ilmailu-, vaatetus- ja jopa muilla aloilla.

Moderaattori: Kuinka sitä sovelletaan lääketieteen alalla?

Chang Jiang: Koska sähköputken nanokuidut ovat rakenteeltaan hyvin samanlaisia kuin luonnollinen solunulkoinen matriisi, niillä on hyvä huokosrakenne, niillä on tietty lujuus ja stabiilisuus ja ne ovat helppo käsitellä ja valmistaa. Siksi se on ihanteellinen ihmisen elinkudoksen korjaamiseen ja uudistamiseen. Yksi stentimateriaaleista. Sillä on laaja käyttöarvo kudostekniikan alalla, kuten rusto, luu, verisuoni, sydän ja hermo.

Yleensä, kun potilailla on elin- ja kudosvaurioita, käytämme yleensä autologisia tai allogeenisiä menetelmiä haavojen ja vikojen korjaamiseksi tai korvaamiseksi, mutta tämän menetelmän haittana on usein riittämätön luovuttajan tai hyljinnän vajaus. Lähitulevaisuudessa voimme yhdistää sähköhalkaisutekniikan kudostekniikan tekniikkaan ihmisen kudosvaurioiden korjaamiseksi.

Tarkemmin sanottuna solurakenne on ensin sähköpunainen kudoksen tai elimen muodon mukaan, jonka potilas korvaa tai korjaa, ja sitten vastaavat siemensolut uutetaan potilaasta ja asetetaan aiemmin valmistettuihin solurakenteisiin viljelyä varten. Biohajoavista biomateriaaleista valmistetut sähkökestävät rakennustelineet eivät pelkästään muotoile uusia ihoelimiä tai kudoksia niiden kasvun aikana, vaan tarjoavat myös sopivan tilan solujen biologiselle aktiivisuudelle ja tuottavat tiettyjä stimuloivia vaikutuksia. Tässä on korostettava, että käyttämällä edellä esiteltyä "hallittavissa olevaa" tekniikkaa, voimme suunnitella keräysmallin valmistaaksesi sähköpunkekuitumateriaalin, jolla on tietty monimutkainen ja hallittavissa oleva rakennerakenne, ja stimuloimaan solua tuottamaan paremmin hallitsemalla mikrorakennetta. stentti. Biologinen vaste. Solujen lisääntymisen ja erilaistumisen myötä kudoksia ja elimiä muodostuu vähitellen, kunnes viat on kokonaan korjattu ja rakennusmateriaali hajoaa vähitellen. Seurauksena oli, että potilas syntyi uudestaan ja kasvinsubstraattina toimiva sähkökestävä teline suoritti tehtävänsä.