Onderzoekers van EPFL's Laboratory of Photonic Materials and Fiber Devices, die wordt gerund door Fabien Sorin, een eenvoudige en innovatieve techniek hebben bedacht om complexe, nanometrische patronen op holle polymeervezels. Hun werk is gepubliceerd in Geavanceerde functionele materialen .

De mogelijke toepassingen van deze doorbraak zijn talrijk. De bedrukte ontwerpen kunnen worden gebruikt om bepaalde optische effecten op een vezel te geven of deze waterbestendig te maken. Ze kunnen ook de stamcelgroei in gestructureerde vezelkanalen begeleiden of worden gebruikt om de vezel op een specifieke locatie en op een bepaald tijdstip af te breken om medicijnen vrij te maken als onderdeel van een slim verband.

De vezel uitrekken als gesmolten plastic

Om hun nanometrische afdrukken te maken, de onderzoekers begonnen met een techniek genaamd thermisch tekenen, dat is de techniek die wordt gebruikt om optische vezels te vervaardigen. Thermisch tekenen omvat het graveren of afdrukken van millimetergrote patronen op een voorvorm, dat is een macroscopische versie van de doelvezel. De bedrukte voorvorm wordt verwarmd om de viscositeit te veranderen, uitgerekt als gesmolten plastic tot een lange, dunne vezel en daarna weer laten uitharden. Rekken zorgt ervoor dat het patroon krimpt terwijl de verhoudingen en positie behouden blijven. Toch heeft deze methode een grote tekortkoming:het patroon blijft onder de micrometerschaal niet intact. "Als de vezel wordt uitgerekt, de oppervlaktespanning van het gestructureerde polymeer zorgt ervoor dat het patroon vervormt en zelfs onder een bepaalde grootte verdwijnt, rond enkele microns, ' zei Sorin.

Om dit probleem te voorkomen, de EPFL-onderzoekers kwamen op het idee om de bedrukte voorvorm in een opofferingspolymeer te sandwichen. Dit polymeer beschermt het patroon tijdens het uitrekken door de oppervlaktespanning te verminderen. Het wordt weggegooid zodra het uitrekken is voltooid. Dankzij deze truc de onderzoekers zijn in staat om kleine en zeer complexe patronen op verschillende soorten vezels aan te brengen. "We hebben patronen van 300 nanometer bereikt, maar we kunnen ze gemakkelijk zo klein maken als enkele tientallen nanometers, "zei Sorin. Dit is de eerste keer dat zulke minuscule en zeer complexe patronen op zeer grote schaal op flexibele vezels zijn gedrukt. "Deze techniek maakt het mogelijk om texturen te bereiken met kenmerkgroottes die twee orde van grootte kleiner zijn dan eerder gemeld, "zei Sorin. "Het zou tegen zeer redelijke kosten kunnen worden toegepast op kilometers vezels."

Om potentiële toepassingen van hun prestatie te benadrukken, de onderzoekers werkten samen met de Bertarelli Foundation Chair in Neuroprosthetic Technology, onder leiding van Stéphanie Lacour. In vitro werken, ze konden hun vezels gebruiken om neurieten uit een spinale ganglion (op de spinale zenuw) te leiden. Dit was een bemoedigende stap in de richting van het gebruik van deze vezels om zenuwen te helpen regenereren of om kunstmatig weefsel te creëren.

Deze ontwikkeling kan implicaties hebben op veel andere gebieden dan de biologie. "Vezels die door het patroon waterbestendig worden gemaakt, kunnen worden gebruikt om kleding te maken. Of we kunnen de vezels speciale optische effecten geven voor ontwerp- of detectiedoeleinden. Er is ook veel te doen met de vele nieuwe microfluïdische systemen die er zijn, "zei Sorin. De volgende stap voor de onderzoekers zal zijn om de krachten te bundelen met andere EPFL-laboratoria voor initiatieven zoals het bestuderen van in vivo zenuwregeneratie. Dit alles, dankzij het wonder van bedrukte polymeervezels.