Adv. Mater.：微流体装置获得的仿生螺旋超细纤维

【背景介绍】

螺旋结构是大自然中最重要的也是最显著的结构之一，目前已经涌现出了一大批具有独特的螺旋几何形状的材料，它们丰富的物理化学性能使得他们有着广泛的用途。但是，对这种带有螺旋结构材料在微观和纳米尺度的构造的研究仍然面临着挑战。

【成果简介】

近日，来自东南大学的赵远锦教授（通讯作者）等人提出了一种具有连续旋转功能的同轴毛细管的微流体系统，用于产生螺旋状的超细纤维。通过调整流动速率可以精准的控制整个过程，因此螺旋状超细纤维的长度、直径等因素都是高度可控的。另外，改变微流体毛细管的设计可以使超细纤维具有不同的结构，比如三链体、核壳结构、甚至是双螺旋结构。

【图文导读】

图1 微流体中螺旋状超细纤维的结构

a）可持续产生螺旋状超细纤维的同轴毛细管微流体装置图解

b）不同流速下四种流动的方式（图中按顺序分别是直线形、波浪形、螺旋形、块状）

c）带有荧光聚苯乙烯纳米颗粒的螺旋超细纤维的显微图像，比例尺是100μm

d）4wt%藻酸钠和2wt%CaCl₂的流速和不同流动方式之间的关系

e）藻酸钠溶液超细纤维的螺距和流速之间的关系

图2 通过微流体产生的螺旋状超细纤维

a,b）微流体装置产生的双螺旋和三螺旋超细纤维图解

c,d）带有荧光聚苯乙烯纳米颗粒的双螺旋和三螺旋超细纤维的显微镜图像

图3 微流体产生的中空结构、核壳结构和双螺旋超细纤维

a,d,g）用于产生中空结构、核壳结构和双螺旋超细纤维的同轴毛细管微流体装置的图解    a:核壳结构，d:双螺旋结构，g:超细纤维

b,e,h）中空的b）核壳结构，e）双螺旋超细纤维，h）带有荧光聚苯乙烯纳米颗粒的超细纤维的显微镜图像

c,f）中空的核壳以及螺旋结构横截面的共聚集激光扫描显微镜（CLSM）图像

图4 螺旋状超细纤维作为机械传感器的应用

a）超细纤维薄片作为机械传感器用于心肌细胞图解

b）螺旋状超细纤维和心肌细胞横截面的共聚集激光扫描显微镜（CLSM）图像，比例尺150μm

c）心肌细胞跳动活动下相应的螺旋纤维显微镜图像，比例尺150μm

d）根据心肌细胞跳动周期在十个螺距的变化曲线

【总结】

本文提出了一种可以产生螺旋状超细纤维的同轴毛细管微流体方法通过调整流速可以精准的控制纤维的长度和直径等因素。另外螺旋状的超细纤维可以作为力指示器用于心肌细胞的收缩，上述的观点表明螺旋显微结构在生物工程领域有着很大的应用前景。更重要的是由于其自由的生产过程和材料结构的了选择性，微流体螺旋超细纤维将会在不同的领域有更多的应用。

文献链接：Bioinspired Helical Microfibers from Microfluidics（Adv. Mater.,2017,DOI:10.1002/adma.201605765）

本文由材料人生物材料组李伦供稿，材料牛编辑整理。

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