Lab on a Chip: 微流控仿生类球茎植物超细纤维制备
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五邑大学和东华大学的研究者提出了一种基于微流控芯片纺丝装置的连续纺丝方法，以实现异型螺旋超细纤维的工程化。研究者通过对微流体流动和反应动力学的同步调节，控制了类球茎植物(BT)超细纤维的结构，揭示了 BT 结构的形成机理，即非均匀粘度绳卷效应，构建了单芯和双芯 BT 超细纤维，模拟不规则血管(如静脉曲张)。该研究工作以“Microfluidic-directed biomimetic Bulbine torta-like microfibers based on inhomogeneous viscosity rope-coil effect “为题发表在 Lab on a Chip（DOI: 10.1039/D1LC00252J）。
▲ | 图 1. 微流控芯片中 BT 超细纤维的合成及流量对超细纤维尺寸的影响 |
本文要点
研究者使用微流控芯片作为纺丝平台，精确控制微通道内流体的流动和反应动力学。所获得的超细纤维表现出与球茎植物(BT)相似的非典型螺旋弯曲结构。通过调节内、外相流体的流速、粘度精确地调控液体射流的剪切力，控制微丝形貌。 利用所设计的纺丝平台，通过调节微流体动力学，可以得到双和单中空微纤维。并探究流速、粘度对中空微丝的影响，具有良好的可控性。
▲ | 图 2. BT 空心超细纤维的合成及流量对超细纤维尺寸的影响 |
▲ | 图 3. 超细纤维的超高应变敏感性及其应用 |
▲ | 图 4. BT 微纤维微血管模型的体外构建 |
将 BT 超纤维与 GelMA 膜的末端固定形成复合物，并在膜上培养心肌细胞。基于 BT 超细纤维的机械应变传感器能够直接反映连续的应力-应变关系，灵敏度高，对心肌细胞弱搏动的监测具有非接触性，不会对心肌细胞造成损伤。并对它们进行了有限元模拟，分析了它们的力学特性，进一步验证它们的超高应变敏感性。
BT 型中空纤维与静脉曲张有很高的相似性，成功地用活细胞填充 BT 微纤维构建了血管模型。该模型应该可以更详细地研究血管的物理结构，并有助于对静脉曲张疾病的血管研究。
研究者开发了一种基于微流控芯片的连续纺丝技术，以精确控制流体在微通道内的流动和反应动力学，并制备了具有非典型螺旋 BT 结构的微纤维。该方法为非典型螺旋微纤维的可伸缩制备提供了一种简便有效的策略，从机械应变传感器到组织工程材料，BT 微纤维具有广泛的技术意义。
供稿人
赵孟乾
论文信息
Microfluidic-directed biomimetic Bulbine torta-like microfibers based on inhomogeneous viscosity rope-coil effect
Yongshi Guo, Jianhua Yan, John H. Xin, Lihuan Wang, Xi Yu, Longfei Fan, Peifeng Liu and Hui Yu*（于晖，五邑大学）
Lab Chip, 2021
http://doi.org/10.1039/D1LC00252J
相关期刊
Lab on a Chip
www.rsc.org/locPublishing frequency: 24 issues per yearTime to first decision: 31 days**IF: 6.774 *
该刊报道微米和纳米尺度上的微型化研究，力求发表在物理技术（微米或纳米级的制造、流控、系统集成、分析分离技术等）和应用潜力方面都具有高影响力的原创性工作。该刊最为看重的是论文的创新性，所发表的论文通常要在以下两个方面都有所创新：(i) 微型化器件的物理、工程和材料；(ii) 在生物学、化学、环境科学、食品科学、医学、能源等领域中的应用。
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