"De lotuswortels kunnen breken, maar de vezel blijft verbonden" - een oud Chinees gezegde dat de unieke structuur en mechanische eigenschappen van de lotusvezel weerspiegelt. De uitstekende mechanische eigenschappen van lotusvezels kunnen worden toegeschreven aan hun unieke spiraalstructuur, die een aantrekkelijk model biedt voor biomimetisch ontwerp van kunstmatige vezels.

In een nieuwe studie gepubliceerd in Nano-letters , een team onder leiding van Prof. Yu Shuhong van de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China (USTC) van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS) rapporteerde een bio-geïnspireerde lotus-vezel-mimetische spiraalstructuur bacteriële cellulose (BC) hydrogelvezel met hoge kracht, hoge taaiheid, uitstekende biocompatibiliteit, goede rekbaarheid, en hoge energiedissipatie.

In tegenstelling tot op polymeer gebaseerde hydrogel, de nieuw ontworpen biomimetische hydrogelvezel (BHF) is gebaseerd op de BC-hydrogel met 3D-cellulose-nanovezelnetwerken geproduceerd door bacteriën. De cellulose-nanovezels zorgen voor het omkeerbare waterstofbindingsnetwerk dat resulteert in unieke mechanische eigenschappen.

De onderzoekers oefenden een constante tangentiële kracht uit op de voorbehandelde BC-hydrogel langs de dwarsdoorsnede. Vervolgens, de twee zijden van de hydrogel werden onderworpen aan tegengestelde tangentiële krachten, en lokale plastische vervorming opgetreden.

De waterstofbruggen in het 3D-netwerk van cellulose-nanovezels werden verbroken door de tangentiële kracht, waardoor de hydrogelstrip spiraalvormig draait en het netwerk slipt en vervormt. Toen de tangentiële kracht werd verwijderd, de waterstofbruggen gevormd tussen de nanovezels, en de spiraalstructuur van de vezel werd gefixeerd.

Geprofiteerd van lotusvezel-mimetische spiraalstructuur, de taaiheid van BHF kan ～116,3 MJ m . bereiken ^-3 , wat meer dan negen keer hoger is dan die van niet-spiraalvormige BC-hydrogelvezels. Daarnaast, zodra de BHF is uitgerekt, het is bijna niet veerkrachtig.

Combineert uitstekende mechanische eigenschappen met uitstekende biocompatibiliteit afgeleid van BC, BHF is een veelbelovende hydrogelvezel voor biomedisch materiaal, vooral voor chirurgische hechtdraad, een veelgebruikt structureel biomedisch materiaal voor wondherstel.

Vergeleken met commerciële chirurgische hechtdraad met hogere modulus, de BHF heeft een vergelijkbare modulus en sterkte als zacht weefsel, als huid. Dankzij de uitstekende rekbaarheid en energiedissipatie van BHF kan het energie absorberen van de weefselvervorming rond een wond en de wond effectief beschermen tegen scheuren, waardoor BHF een ideale chirurgische hechtdraad is.

Bovendien, de poreuze structuur van BHF maakt het ook mogelijk om functionele kleine moleculen te adsorberen, zoals antibiotica of ontstekingsremmende stoffen, en laat ze duurzaam los op wonden. Met een passend ontwerp, BHF zou een krachtig platform zijn voor veel medische toepassingen.