Bio-inspireret spiral hydrogel fiber kvalificeret til at være kirurgisk sutur

"Lotusrødderne kan knække, men fiberen forbliver sammenføjet" - et gammelt kinesisk ordsprog, der afspejler lotusfiberens unikke struktur og mekaniske egenskaber. Lotusfibrenes enestående mekaniske egenskaber kan tilskrives deres unikke spiralstruktur, som giver en attraktiv model for biomimetisk design af kunstige fibre.

I en ny undersøgelse offentliggjort i Nano bogstaver , et hold ledet af prof. Yu Shuhong fra University of Science and Technology of China (USTC) fra det kinesiske videnskabsakademi (CAS) rapporterede om en bio-inspireret lotus-fiber-mimetisk spiralstruktur bakteriel cellulose (BC) hydrogelfiber med høj styrke, høj sejhed, fremragende biokompatibilitet, god strækbarhed, og høj energiafledning.

I modsætning til polymerbaseret hydrogel, den nydesignede biomimetiske hydrogelfiber (BHF) er baseret på BC-hydrogelen med 3-D cellulose nanofibernetværk produceret af bakterier. Cellulose nanofibrene giver det reversible hydrogenbindingsnetværk, der resulterer i unikke mekaniske egenskaber.

Forskerne anvendte en konstant tangentiel kraft på den forbehandlede BC-hydrogel langs tværsnitsretningen. Derefter, de to sider af hydrogelen blev udsat for modsatte tangentielle kræfter, og der opstod lokal plastisk deformation.

Hydrogenbindingerne i 3D-netværket af cellulosenanofibre blev brudt af tangentialkraften, hvilket får hydrogelstrimlen til at sno sig spiralformet og netværket til at glide og deformeres. Når tangentialkraften blev fjernet, brintbindingerne omdannet mellem nanofibrene, og fiberens spiralstruktur blev fikseret.

Nydt godt af lotus-fiber-mimetisk spiralstruktur, BHF's sejhed kan nå ～116,3 MJ m ^-3 , hvilket er mere end ni gange højere end ikke-spiraliserede BC hydrogelfibre. Udover, når BHF er strakt, den er næsten ikke modstandsdygtig.

Kombinerer fremragende mekaniske egenskaber med fremragende biokompatibilitet afledt af BC, BHF er en lovende hydrogelfiber til biomedicinsk materiale, især til kirurgisk sutur, et almindeligt anvendt strukturelt biomedicinsk materiale til sårreparation.

Sammenlignet med kommerciel kirurgisk sutur med højere modul, BHF har lignende modul og styrke som blødt væv, som hud. Den enestående strækbarhed og energiafledning af BHF gør det muligt for det at absorbere energi fra vævsdeformationen omkring et sår og effektivt beskytte såret mod brud, hvilket gør BHF til en ideel kirurgisk sutur.

Hvad mere er, den porøse struktur af BHF gør det også muligt at adsorbere funktionelle små molekyler, såsom antibiotika eller antiinflammatoriske forbindelser, og frigive dem bæredygtigt på sår. Med et passende design, BHF ville være en kraftfuld platform for mange medicinske applikationer.