Nanometrisk prægning på fiber

Forskere ved EPFL's Laboratory of Photonic Materials and Fiber Devices, som drives af Fabien Sorin, har fundet frem til en enkel og innovativ teknik til at tegne eller præge komplekse, nanometriske mønstre på hule polymerfibre. Deres arbejde er udgivet i Avancerede funktionelle materialer .

De potentielle anvendelser af dette gennembrud er talrige. De påtrykte designs kunne bruges til at give visse optiske effekter på en fiber eller gøre den vandafvisende. De kan også guide stamcellevækst i teksturerede fiberkanaler eller bruges til at nedbryde fiberen på et bestemt sted og tidspunkt for at frigive medicin som en del af en smart bandage.

Strækker fiberen som smeltet plastik

For at lave deres nanometriske aftryk, forskerne begyndte med en teknik kaldet termisk tegning, som er den teknik, der bruges til at fremstille optiske fibre. Termisk tegning involverer gravering eller prægning af mønstre i millimeterstørrelse på en præform, som er en makroskopisk version af målfiberen. Den påtrykte præform opvarmes for at ændre dens viskositet, strakt som smeltet plastik til en lang, tynde fibre og fik derefter lov til at stivne igen. Udstrækning får mønsteret til at krympe, mens dets proportioner og position bevares. Alligevel har denne metode en stor mangel:mønsteret forbliver ikke intakt under mikrometerskalaen. "Når fiberen strækkes, overfladespændingen af ​​den strukturerede polymer får mønsteret til at deformere og endda forsvinde under en vis størrelse, omkring flere mikrometer, sagde Sorin.

For at undgå dette problem, EPFL-forskerne kom på ideen om at klemme den påtrykte præform ind i en offerpolymer. Denne polymer beskytter mønsteret under strækning ved at reducere overfladespændingen. Det kasseres, når udstrækningen er fuldført. Takket være dette trick, forskerne er i stand til at anvende små og meget komplekse mønstre på forskellige typer fibre. "Vi har opnået 300 nanometer mønstre, men vi kunne sagtens gøre dem så små som adskillige snese af nanometer, " sagde Sorin. Dette er første gang, at så små og meget komplekse mønstre er blevet indprentet på fleksible fibre i meget stor skala. "Denne teknik gør det muligt at opnå teksturer med trækstørrelser to størrelsesorden mindre end tidligere rapporteret, " sagde Sorin. "Det kunne anvendes på kilometervis af fibre til en yderst rimelig pris."

For at fremhæve potentielle anvendelser af deres præstation, forskerne slog sig sammen med Bertarelli Foundation Chair in Neuroprosthetic Technology, ledet af Stéphanie Lacour. Arbejde in vitro, de var i stand til at bruge deres fibre til at lede neuritter fra en spinal ganglion (på spinalnerven). Dette var et opmuntrende skridt hen imod at bruge disse fibre til at hjælpe nerver med at regenerere eller til at skabe kunstigt væv.

Denne udvikling kan få konsekvenser på mange andre områder udover biologi. "Fibre, der er gjort vandafvisende af mønsteret, kunne bruges til at lave tøj. Eller vi kunne give fibrene specielle optiske effekter til design- eller detektionsformål. Der er også meget at gøre med de mange nye mikrofluidiske systemer derude, " sagde Sorin. Det næste skridt for forskerne vil være at gå sammen med andre EPFL-laboratorier om initiativer såsom at studere in vivo nerveregenerering. Alt dette, takket være vidunderet med påtrykte polymerfibre.