Adv. Mater.：微流體裝置獲得的仿生螺旋超細纖維

【背景介紹】

螺旋結構是大自然中最重要的也是最顯著的結構之一，目前已經涌現出了一大批具有獨特的螺旋幾何形狀的材料，它們豐富的物理化學性能使得他們有著廣泛的用途。但是，對這種帶有螺旋結構材料在微觀和納米尺度的構造的研究仍然面臨著挑戰。

【成果簡介】

近日，來自東南大學的趙遠錦教授（通訊作者）等人提出了一種具有連續旋轉功能的同軸毛細管的微流體系統，用于產生螺旋狀的超細纖維。通過調整流動速率可以精準的控制整個過程，因此螺旋狀超細纖維的長度、直徑等因素都是高度可控的。另外，改變微流體毛細管的設計可以使超細纖維具有不同的結構，比如三鏈體、核殼結構、甚至是雙螺旋結構。

【圖文導讀】

圖1 微流體中螺旋狀超細纖維的結構

a）可持續產生螺旋狀超細纖維的同軸毛細管微流體裝置圖解

b）不同流速下四種流動的方式（圖中按順序分別是直線形、波浪形、螺旋形、塊狀）

c）帶有熒光聚苯乙烯納米顆粒的螺旋超細纖維的顯微圖像，比例尺是100μm

d）4wt%藻酸鈉和2wt%CaCl₂的流速和不同流動方式之間的關系

e）藻酸鈉溶液超細纖維的螺距和流速之間的關系

圖2 通過微流體產生的螺旋狀超細纖維

a,b）微流體裝置產生的雙螺旋和三螺旋超細纖維圖解

c,d）帶有熒光聚苯乙烯納米顆粒的雙螺旋和三螺旋超細纖維的顯微鏡圖像

圖3 微流體產生的中空結構、核殼結構和雙螺旋超細纖維

a,d,g）用于產生中空結構、核殼結構和雙螺旋超細纖維的同軸毛細管微流體裝置的圖解 ? ?a:核殼結構，d:雙螺旋結構，g:超細纖維

b,e,h）中空的b）核殼結構，e）雙螺旋超細纖維，h）帶有熒光聚苯乙烯納米顆粒的超細纖維的顯微鏡圖像

c,f）中空的核殼以及螺旋結構橫截面的共聚集激光掃描顯微鏡（CLSM）圖像

圖4 螺旋狀超細纖維作為機械傳感器的應用

a）超細纖維薄片作為機械傳感器用于心肌細胞圖解

b）螺旋狀超細纖維和心肌細胞橫截面的共聚集激光掃描顯微鏡（CLSM）圖像，比例尺150μm

c）心肌細胞跳動活動下相應的螺旋纖維顯微鏡圖像，比例尺150μm

d）根據心肌細胞跳動周期在十個螺距的變化曲線

【總結】

本文提出了一種可以產生螺旋狀超細纖維的同軸毛細管微流體方法通過調整流速可以精準的控制纖維的長度和直徑等因素。另外螺旋狀的超細纖維可以作為力指示器用于心肌細胞的收縮，上述的觀點表明螺旋顯微結構在生物工程領域有著很大的應用前景。更重要的是由于其自由的生產過程和材料結構的了選擇性，微流體螺旋超細纖維將會在不同的領域有更多的應用。

文獻鏈接：Bioinspired Helical Microfibers from Microfluidics（Adv. Mater.,2017,DOI:10.1002/adma.201605765）

本文由材料人生物材料組李倫供稿，材料牛編輯整理。

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