瑞士联邦材料科学与技术实验室的安德里亚·塞克斯 用于生长膜的柔软纤维:Empa研究员亚历山大·莫雷尔将聚合物溶液装入电纺纱机
信用:瑞士联邦材料科学与技术实验室 当你拉扯一种物质时，它会变厚，这似乎违背了物理定律
然而，所谓的生长效应，也发生在自然界中，对于许多应用来说是有趣的
最近发表在《自然通讯》上的一项新的Empa研究表明，这种惊人的行为可以得到改善，甚至可以用来治疗损伤和组织损伤
《自然》向我们展示了如何做到这一点:一头从母奶牛的乳房中吸奶的小牛利用了乳头的一种迷人的物理特性，这种特性由一种生长组织组成
矛盾的是，这种组织在张力下不会变得更窄，例如橡皮筋，而是变得更宽，横向于拉伸方向
因此，牛奶可以不受阻碍地流过乳头
Empa的科学家现在已经展示了专门为此目的开发的纳米纤维膜的惊人的膨胀特性
发表在《自然通讯》上的这项研究指出了生长素的广泛应用，包括使用生长素膜在受伤后再生人体组织
皮肤损伤或内部器官的组织损伤通过迁移细胞而愈合，这些细胞沉淀并形成健康的替代组织
在指尖有一个小切口的情况下，通常不用费什么周折就能完成，这可能超过人体的能力，例如，当出现复杂的伤口时，如烧伤，或者当需要更广泛的组织再生时
然而，可以促进组织再生:如果提供合适的支架，期望的细胞更容易沉降并沿着预定的结构生长
圣保罗仿生膜和纺织品实验室的Empa研究人员
加伦现在已经开发出了具有增长特性的新型矩阵系统
通过静电纺丝，溶解的聚合物以类似于人细胞外基质的形式纺成薄片状细丝
这使得用纳米纤维生产多层膜成为可能，纳米纤维是生物相容的，并且可以植入人体
“如果生物聚合物如聚乳酸用于纺丝过程，膜甚至可以被身体降解，”Empa研究员朱塞佩诺·福图纳托解释说
此外，生物活性物质或药物可以掺入纤维中，以控制和最小化释放
拉伸后，拉胀膜的厚度增加了约10倍
(彩色图像)
信用:瑞士联邦材料科学与技术实验室 诱人的孔径 到目前为止，挑战之一是使旋转膜中的孔径尽可能吸引期望的身体细胞粘附
在最初的膜中，聚合物线只形成几微米的小孔
然而，由于其20微米的厚度，一个要在支架上定居的组织细胞太大了，不能紧贴在膜上
在研究人员优化了纺丝参数后，一种具有惊人性能的聚合物网络就可以产生了:当薄膜受到轻微的张力时，它会被拉伸10%，而不是变得更薄，材料的体积增加了5倍，厚度甚至增加了10倍
“如此巨大的拉胀效应几乎是世界纪录，”Empa实验连续介质力学实验室的亚历山大·埃雷特兴奋地说
埃雷特和他的团队首先使用机械模型预测了这种非凡的效果，并在实验分析膜样品之前在计算机上进行了模拟
“我们在电脑上模拟了几次，因为结果太惊人了，”埃雷特说
拉胀效应可以通过横向应变与纵向应变之比(泊松比)进行数学量化，其特征是泊松比为负值
“到目前为止，已经实现了-20左右的数值
我们的结果远低于-100，”生物力学专家说
果不其然:在拉伸测试中，聚合物膜的行为就像在电脑上模拟的一样
这种效应可以用纤维在张力下重新排列来解释，从而对网络中的横向同事施加压力
根据纤维的长度和厚度，纤维在压力下被迫向上或向下弯曲，从而导致体积增加
按需扩展 基本上，电纺膜适用于治疗皮肤、血管、内脏甚至骨损伤等不同部位的伤口和组织损伤
聚合物的适当选择和优化的纺丝参数允许聚合物膜适应目标组织的特性
朱塞佩诺·福图纳托说:“由于生长效应导致的更大体积，基质结构现在对人体细胞更有吸引力，可以促进愈合过程。”
除了在生物医学中的应用之外，这个已经在申请专利的概念还可以应用于许多其他领域
根据研究人员的说法，可以被压力激活以释放封闭颗粒的膜、可调节的过滤器或填充材料，这些材料在使用时只能膨胀到其最终体积，即
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准“按需扩展”是潜在的未来应用
在电子显微镜下，纤维看起来像羊肉串结构
它们影响膜的机械性能和生长效应
(彩色图像)
信用:瑞士联邦材料科学与技术实验室 纳米纤维的结构 单个纳米纤维的内部结构对膜的性能有重要影响
如果纳米纤维用某些溶剂处理，纳米纤维的结构就可以被阐明
Empa研究人员亚历山大·莫雷尔现在发现，改变纺纱参数会导致不同的纤维结构，如原纤维或羊肉串相
在电子显微镜下，羊肉串的结构看起来像是堆叠在一起的烤肉串
它们对膜的机械性能有很大的影响，因此也对拉胀效应有很大的影响
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