محققان برای تولید الیاف مناسب باندزخم از نیلوفرآبی الهام گرفتند

به گزارش گروه فناوری خبرگزاری دانشجو، یک جمله قصار چینی می‌گوید که ریشه‌های نیلوفر آبی ممکن است شکسته شود، اما الیاف آن همچنان بهم پیوسته باقی می‌ماند. این جمله قدیمی چینی نشان‌دهنده ساختار منحصر به‌فرد و خواص مکانیکی الیاف نیلوفر است. ویژگی‌های مکانیکی برجسته الیاف نیلوفر آبی را می‌توان به ساختار مارپیچی منحصر به فرد آن‌ها نسبت داد؛ از این رو، این ساختار گزینه مناسبی برای الهام گرفتن و طراحی الیاف مصنوعی است.

در پژوهشی که نتایج آن در مجله Nano Letters منتشر شده‌است، تیمی به سرپرستی پروفسور یو شوهونگ از دانشگاه علم و صنعت چین (USTC) وابسته به آکادمی علوم چین (CAS)، یک ساختار مارپیچی تقلیدی از الیاف نیلوفر آبی را ساختند. این ساختار مارپیچی از جنس سلولز باکتریایی (BC) نوعی الیاف هیدروژل با مقاومت بالا، سازگاری زیستی عالی، قابلیت کشش مناسب و مقاوم در برابر اتلاف انرژی است.

برخلاف هیدروژل مبتنی بر پلیمر، الیاف هیدروژل بیومتیمیک (BHF) براساس هیدروژل BC با شبکه‌های نانوالیاف سلولزی سه‌بعدی بوده که توسط باکتری‌ها تولید شده‌است. نانوالیاف سلولزی شبکه پیوند هیدروژن برگشت‌پذیری را ایجاد می‌کند که منجر به خواص مکانیکی منحصر به فرد می‌شود.

محققان یک نیروی مماسی ثابت به هیدروژل در جهت سطح مقطع اعمال کردند. سپس دو طرف هیدروژل تحت نیرو‌های مماسی متضاد قرار گرفتند و تغییر شکل پلاستیک محلی ایجاد شد.

پیوند‌های هیدروژنی موجود در شبکه سه بعدی نانوالیاف سلولزی توسط نیروی مماسی شکسته شده و باعث چرخش مارپیچ نوار هیدروژل و لغزش و تغییر شکل شبکه می‌شود. با حذف نیروی مماسی، پیوند‌های هیدروژن بین نانوالیاف دوباره ایجاد شده و ساختار مارپیچی الیاف دوباره باز می‌گردد.

این محصول جدید که از ساختار مارپیچی الهام گرفته شده از نیلوفر آبی ایجاد شده، مقاومت BHF در حد ۱۱۶٫۳ J MJ m-۳ دارد که بیش از ۹ برابر بیشتر از الیاف هیدروژل سلولز باکتریایی غیرمارپیچ است. علاوه‌بر این، به محض کشیدن BHF، این ساختار تقریبا غیرقابل ارتجاع خواهد بود.

BHF با داشتن ترکیبی از خصوصیات مکانیکی برجسته و سازگاری زیستی عالی حاصل از سلولز باکتریایی، یک محصول حاوی الیاف هیدروژل با پتانسیل بالا است که برای مواد زیست پزشکی، به‌خصوص برای بخیه جراحی، گزینه‌ای ایده‌آل است.

در مقایسه با بخیه جراحی تجاری، BHF دارای قدرت مشابهی بوده، اما بافتی نرم مانند پوست دارد. قابلیت کشش BHF به آن اجازه می‌دهد تا انرژی ناشی از تغییر شکل بافت اطراف زخم را جذب کرده و به‌طور موثری از زخم در برابر پارگی محافظت کند.

علاوه بر این، ساختار متخلخل BHF به آن اجازه می‌دهد تا مولکول‌های کوچک مهم مانند آنتی‌بیوتیک‌ها یا ترکیبات ضد التهاب را جذب کرده و به‌صورت پایدار روی زخم‌ها آزاد کند. با طراحی مناسب، BHF می‌تواند گزینه‌ای مناسب برای بسیاری از کاربرد‌های پزشکی باشد.