Forskare vid EPFL:s laboratorium för fotoniska material och fiberenheter, som drivs av Fabien Sorin, har kommit på en enkel och innovativ teknik för att rita eller prägla komplex, nanometriska mönster på ihåliga polymerfibrer. Deras verk har publicerats i Avancerade funktionella material .

De möjliga tillämpningarna av detta genombrott är många. De präglade mönstren kan användas för att ge vissa optiska effekter på en fiber eller göra den vattentät. De kan också styra stamcellstillväxt i strukturerade fiberkanaler eller användas för att bryta ner fibern på en specifik plats och tidpunkt för att frigöra droger som en del av ett smart bandage.

Sträcker fibern som smält plast

För att göra sina nanometriska avtryck, forskarna började med en teknik som kallas termisk ritning, vilket är tekniken som används för att tillverka optiska fibrer. Termisk ritning innebär att gravera eller prägla millimeterstora mönster på en förform, som är en makroskopisk version av målfibern. Den präglade förformen värms upp för att ändra dess viskositet, sträckt ut som smält plast till en lång, tunn fiber och får sedan stelna igen. Sträckning får mönstret att krympa samtidigt som det bibehåller dess proportioner och position. Ändå har denna metod en stor brist:mönstret förblir inte intakt under mikrometerskalan. "När fibern sträcks, ytspänningen hos den strukturerade polymeren får mönstret att deformeras och till och med försvinna under en viss storlek, runt flera mikron, sa Sorin.

För att undvika detta problem, EPFL -forskarna kom på idén att smörja in den präglade förformen i en offerspolymer. Denna polymer skyddar mönstret under sträckning genom att minska ytspänningen. Den kasseras när sträckningen är klar. Tack vare detta trick, forskarna kan applicera små och mycket komplexa mönster på olika typer av fibrer. "Vi har uppnått 300-nanometer mönster, men vi kunde enkelt göra dem så små som flera tiotals nanometer, "sa Sorin. Detta är första gången som sådana små och mycket komplexa mönster har präglats på flexibel fiber i mycket stor skala." Denna teknik gör det möjligt att uppnå texturer med funktionsstorlekar två storleksordningar mindre än tidigare rapporterat, "sa Sorin." Det kan appliceras på kilometer med fibrer till en mycket rimlig kostnad. "

För att lyfta fram potentiella tillämpningar av deras prestation, forskarna samarbetade med Bertarelli Foundation Chair in Neuroprosthetic Technology, ledd av Stéphanie Lacour. Arbetar in vitro, de kunde använda sina fibrer för att leda neuriter från ett ryggradslanglion (på ryggradsnerven). Detta var ett uppmuntrande steg mot att använda dessa fibrer för att hjälpa nerverna att regenerera eller för att skapa konstgjord vävnad.

Denna utveckling kan få konsekvenser på många andra områden förutom biologi. "Fibrer som görs vattentäta av mönstret kan användas för att göra kläder. Eller så kan vi ge fibrerna speciella optiska effekter för design eller detekteringsändamål. Det finns också mycket att göra med de många nya mikrofluidiska systemen som finns, "sa Sorin. Nästa steg för forskarna blir att gå ihop med andra EPFL -laboratorier om initiativ som att studera in vivo nervregenerering. Allt detta, tack vare förundran över präglade polymerfibrer.