人造肌肉纖維可用作細(xì)胞支架 有望開發(fā)人體活動系統(tǒng)3D模型

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在兩項新的研究中，美國北卡羅來納州立大學(xué)的研究人員設(shè)計并測試了一系列可以改變形狀并像肌肉一樣產(chǎn)生力量的紡織纖維。

在新一期《執(zhí)行器》期刊上發(fā)表的一項研究中，研究人員重點(diǎn)研究了這種材料對人造肌肉力量和收縮長度的影響。這些發(fā)現(xiàn)可以幫助研究人員為不同的應(yīng)用量身定做纖維。

在發(fā)表于《仿生學(xué)》上的另一項概念驗證研究中，研究人員測試了該纖維作為活細(xì)胞支架的情況。研究發(fā)現(xiàn)，這種纖維(被稱為纖維機(jī)器人)可被用來開發(fā)人體活動系統(tǒng)的3D模型。

研究人員用類似橡膠的材料制成了氣球狀管子，并將其封裝在紡織護(hù)套中，從而制造出了可變形的纖維。用氣泵給氣球內(nèi)部充氣會使護(hù)套膨脹，導(dǎo)致它變短。他們測量了由不同材料制成的纖維的受力和收縮率，以了解材料和性能之間的關(guān)系。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，更結(jié)實(shí)、直徑更大的紗線會產(chǎn)生更強(qiáng)的收縮力，用于制作氣球的材料也會影響收縮的幅度和力度。

研究人員表示，他們可根據(jù)設(shè)備所需的性能來定制材料特性。如果將這種設(shè)備做得足夠小，就有可能將其用于織物成型和其他紡織應(yīng)用，包括可穿戴設(shè)備和輔助設(shè)備。

在一項后續(xù)研究中，研究人員評估了是否可將形狀改變的纖維用作成纖維細(xì)胞的支架。成纖維細(xì)胞是結(jié)締組織中的一種細(xì)胞類型，有助于支持其他組織或器官。

他們研究了細(xì)胞對變形纖維運(yùn)動的反應(yīng)，以及對纖維結(jié)構(gòu)中使用的不同材料的反應(yīng)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這些細(xì)胞能夠覆蓋甚至穿透纖維機(jī)器人的編織鞘。在這項研究的3D動態(tài)培養(yǎng)中，細(xì)胞可存活長達(dá)72小時。

研究人員表示，纖維機(jī)器人非常適合作細(xì)胞的支架，其能改變頻率和收縮率，為細(xì)胞創(chuàng)造更合適的環(huán)境。研究最終的目標(biāo)是將這些纖維作為干細(xì)胞的支架，或者在未來的研究中使用它們來開發(fā)人造器官。

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