微流控紡絲科技因其高傳熱傳質效率、纖維結構精准可控等特點，在組織工程、人造皮膚和生物醫學等領域具有巨大的應用潜力，特別是其可構築化學交聯的螺旋微納纖維。然而，傳統微流控紡絲構築螺旋纖維通常基於離子交聯或化學交聯原理，受制於原材料局限性（局限於海藻酸鈉、PEGDA、殼聚糖或葡聚糖等），導致產物强度低，限制了螺旋纖維的發展和應用。
針對上述問題，南京工業大學材料化學國家重點實驗室陳蘇教授開發了一種基於雙溶劑相轉移原理的微流控紡絲（PIMS）新方法，用於構築高强度螺旋纖維。該方法可廣泛應用於多種聚合物，如聚己內酯（PCL）、聚乙烯醇縮丁醛（PVB）、聚碸（PSF）、聚醚碸（PES）等，打破了傳統方法原材料局限性，此方法首次提出一種具有廣譜性製備螺旋纖維的方法，同時解决了傳統方法製備的螺旋纖維强度低等問題。以該高强度螺旋纖維為結構單元構築人造腹壁，可有效促進腹部傷口癒合，防止切口疝形成，避免組織粘連，為人造皮膚資料的發展開闢了新道路。近日，該成果發表在德國應化上，陳蘇教授為通訊作者，劉吉東博士生為第一作者。
圖1 PIMS法構築螺旋纖維機理圖。圖片來源：Angew.Chem.Int. Ed.
在雙相微流控晶片中，基於聚合物在不同溶劑中的Hansen溶解度參數差异，使聚合物溶液（內相）與凝固浴（外相）發生溶劑交換，從而導致聚合物溶液粘度新增並發生相分離，最終使纖維螺旋化。研究發現，通過設計微流控晶片內相出口內徑及晶片傾斜角度，可實現螺旋纖維半徑、螺距及幅度的精確調控。
圖2雙向可拉伸高强度螺旋纖維膜。圖片來源：Angew.Chem.Int. Ed.
作者採用該方法製備了高强度（拉伸强度大於25MPa）、高彈性、高生物相容性PCL螺旋纖維，並通過物理編織進一步構築PCL螺旋纖維膜。研究發現，該螺旋纖維膜具有雙向拉伸性、高强度及柔性，其雙向拉伸强度均超過14MPa，約為同類型靜電紡絲纖維的6倍。
圖3螺旋纖維膜用於人造腹壁。圖片來源：Angew.Chem.Int. Ed.
作者創新地採用PCL螺旋纖維膜用於人造腹壁皮膚。基於螺旋纖維的特殊形貌，使螺旋纖維膜與內臟接觸面積更小（接觸面積約為傳統直纖維膜的96%），相比於傳統醫用PP網及水凝膠敷料，更有利於避免術後組織粘連。此外，螺旋形貌使人造腹壁具有雙向拉伸性，使其機械效能及彈性更接近於人體組織。這項成果為高性能螺旋纖維的構築及新型人造皮膚的設計開闢了新道路。
圖4微流控濕法紡絲機（南京捷納思新材料有限公司提供）
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https://doi.org/10.1002/anie.202110888
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