I filmen "Transformers, "bilar förvandlas till robotar, jets eller en mängd olika maskiner. Ett liknande koncept inspirerade en grupp forskare att kombinera gasskumning, som är en blandning av kemikalier som framkallar gasbubbling, och 3D-gjutningsteknik för att snabbt omvandla elektrospunna membran till komplexa 3D-former för biomedicinska tillämpningar.

I Tillämpad fysik recensioner , gruppen rapporterar om sitt nya tillvägagångssätt som visar på betydande förbättringar i hastighet och kvalitet jämfört med andra metoder. Arbetet är också den första framgångsrika demonstrationen av bildandet av 3D-neurala vävnadskonstruktioner med en ordnad struktur genom differentiering av humana neurala stamfäder/stamceller på dessa transformerade 3D-nanofiberställningar.

"Elektrospinning är en teknik för att producera nanofibermembran, " sa medförfattaren Jingwei Xie, vid University of Nebraska Medical Center. "Fysikprincipen bakom det innebär att man applicerar en elektrisk kraft för att övervinna ytspänningen hos en lösning för att förlänga en lösningsstråle till kontinuerliga och ultrafina fibrer efter lösningsmedelsavdunstning."

På grund av en inneboende egenskap hos elektrospinning, nanofibrer deponeras ofta för att bilda 2-D-membran eller ark med täta strukturer och små porstorlekar som är mindre än cellens storlek.

"Detta hämmar avsevärt användningen av elektrospunna nanofibrer, eftersom celler misslyckas med att så eller penetrera genom nanofibermembranen, vilket är oönskat, " han förklarade.

Forskare kombinerade gasskumning och 3D-formningskoncept för att expandera nanofibermembran inom ett begränsat utrymme för att bilda fördesignade 3D nanofiberobjekt i cylindriska, kubisk, sfärisk, och oregelbundna former.

"Våra 3D-objekt har lämplig porstorlek och kontrollerad fiberinriktning för att styra och förbättra cellpenetration för att bilda ny vävnad, " sa Xie.

Gruppens arbete är betydande, eftersom det kan göras inom en timme. Andra metoder kan ta upp till 12 timmar för att slutföra transformationsprocessen.

"Tack vare förmågan att efterlikna arkitekturen för extracellulär matris, elektrospunna nanofibrer visar stor potential i tillämpningar som vävnadsteknik, regenerativ medicin och vävnadsmodellering, sa Xie.

En av gruppens mest spännande upptäckter är att efter beläggning av 3D nanofiberobjekt med gelatin, de uppvisar superelasticitet och formåterhämtning.

"Gelatinbelagd, kubformade ställningar funktionaliserade med polypyrrolbeläggningar uppvisade dynamisk elektrisk ledningsförmåga under cyklisk kompression, " han sa.

De visade också att kubformade nanofiberobjekt var effektiva för komprimerbar blödning i en leverskadamodell av gris.

I framtiden, gruppens metod kan hjälpa "möjliggöra terapeutiskt fria biomaterial för vävnadsreparation och regenerering, som att använda fördesignade nanofiberobjekt för att passa oregelbundna vävnadsdefekter, " sa Xie. "Bortom det, superelasticitet och formåterställning kan göra att 3D-nanofiberobjekt kan appliceras på ett minimalt invasivt sätt. "