"Lotusrötterna kan gå sönder, men fibern förblir sammanfogad" - ett gammalt kinesiskt talesätt som återspeglar lotusfiberns unika struktur och mekaniska egenskaper. Lotusfibrernas enastående mekaniska egenskaper kan tillskrivas deras unika spiralstruktur, som ger en attraktiv modell för biomimetisk design av konstgjorda fibrer.

I en ny studie publicerad i Nanobokstäver , ett team ledd av prof. Yu Shuhong från University of Science and Technology of China (USTC) vid den kinesiska vetenskapsakademin (CAS) rapporterade en bioinspirerad lotusfibermimetisk spiralstruktur bakteriell cellulosa (BC) hydrogelfiber med hög styrka, hög seghet, utmärkt biokompatibilitet, bra töjbarhet, och hög energiförlust.

Till skillnad från polymerbaserad hydrogel, den nydesignade biomimetiska hydrogelfibern (BHF) är baserad på BC-hydrogelen med 3D-cellulosa nanofibernätverk som produceras av bakterier. Cellulosananofibrerna tillhandahåller det reversibla vätebindningsnätverket som resulterar i unika mekaniska egenskaper.

Forskarna applicerade en konstant tangentiell kraft på den förbehandlade BC-hydrogelen längs tvärsnittsriktningen. Sedan, de två sidorna av hydrogelen utsattes för motsatta tangentiella krafter, och lokal plastisk deformation inträffade.

Vätebindningarna i 3D-nätverket av nanofibrer av cellulosa bröts av den tangentiella kraften, vilket får hydrogelremsan att vrida sig i spiral och nätverket att glida och deformeras. När tangentialkraften togs bort, vätebindningarna som ombildas mellan nanofibrerna, och fiberns spiralstruktur fixerades.

Dra nytta av lotusfibermimetisk spiralstruktur, BHF:s seghet kan nå ～116,3 MJ m ^-3 , vilket är mer än nio gånger högre än för icke-spiraliserad BC-hydrogelfiber. Förutom, när BHF är sträckt, den är nästan ohållbar.

Kombinera enastående mekaniska egenskaper med utmärkt biokompatibilitet härledd från BC, BHF är en lovande hydrogelfiber för biomedicinskt material, speciellt för kirurgisk sutur, ett vanligt använt strukturellt biomedicinskt material för sårreparation.

Jämfört med kommersiell kirurgisk sutur med högre modul, BHF har liknande modul och styrka som mjukvävnad, som hud. Den enastående töjbarheten och energiförlusten hos BHF gör att den absorberar energi från vävnadsdeformationen runt ett sår och skyddar effektivt såret från bristning, vilket gör BHF till en idealisk kirurgisk sutur.

Vad mer, den porösa strukturen hos BHF gör det också möjligt att adsorbera funktionella små molekyler, såsom antibiotika eller antiinflammatoriska föreningar, och hållbart släppa dem på sår. Med en lämplig design, BHF skulle vara en kraftfull plattform för många medicinska tillämpningar.