纖維在人體中廣泛存在，如神經纖維、肌纖維、浦肯野纖維等。隨著生物醫學中仿生材質的普遍使用，具有仿生性能的人工合成纖維在組織功能修復、生理信號監測、光電刺激干預等生物醫學場景展示出了巨大前景，開發生物相容性并且與生物軟組織力學性質（柔軟且可延展）相似的合成纖維變得尤為關鍵。盡管水凝膠已被用來開發各種纖維以滿足上述需求，但其穩定性不佳限制了其應用范圍。相對于此，彈性體聚合物可以用于制備柔軟且穩定的延展纖維，但其制備過程受制于聚合物的可紡性。針對這類出色但不可紡的彈性體聚合物，如在生物醫學中廣泛應用的硅膠類聚合物（如生物相容、剛度可調、延展且穩定的pdms和ecoflex），現有技術仍難以實現其高品質纖維的大規模生產。因此，開發這類不可紡彈性體聚合物的高效紡絲技術成為關鍵。

針對上述問題，西安交通大學生命科學與技術學院仿生工程與生物力學研究所與海南大學生物醫學工程學院趙國旭副教授（bebc博士畢業生）和王東教授合作，通過材料學、生物醫學、流體力學、機械制造等多學科交叉合作，開發了一種水凝膠輔助的同軸微流控紡絲方法，能夠量產纖維形態優異的可拉伸纖維，普適于一大類不可紡聚合物。研究揭示了纖維制備過程的流體力學機制，并驗證了不同組分和結構的可拉伸功能纖維的應用潛力。

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該研究以pdms為主要對象，基于微流控技術建立了一種彈性體纖維制備新策略：海藻酸水凝膠纖維充當保護性外殼，包裹pdms的油相預聚物內核纖維，在內核交聯固化后除去外殼，得到彈性體聚合物纖維。針對該類預聚物的高黏性，團隊自研設備，揭示了制備參數對高黏度油相內核與水凝膠前體溶液間的多相流與界面現象的影響規律，并闡明了均勻、光滑且圓柱形內核纖維的形成機制。基于此，成功制備了直徑大范圍可控（0.04-3.70 mm）、長度數十米且形態優異的可拉伸纖維。同時，該技術也能夠通過纏繞塑形制備尺寸大范圍可控、可拉伸性優異（斷裂伸長率數十至上百倍）且力學順應的彈性體螺旋纖維。基于該技術，成功制備了多種可拉伸功能纖維并驗證了其生物醫學應用潛力：pdms纖維可編織為繩索和織物；導光pdms纖維能夠可穿戴式監測多種人體力學信號；平直和螺旋結構碳納米管（cnt）/pdms導電纖維能夠分別用作可穿戴力學傳感器和力不敏感導體；磁性修飾的螺旋pdms纖維能夠在血管樣管道內磁控移動，有望用作血管內軟體機器人。該研究解決了一大類不可紡聚合物的量產化紡絲難題，將極大地促進新型可拉伸纖維的研發和應用，有望作為一種基礎性制備技術和材料類型，廣泛應用在包括生物醫學在內的多個行業領域。

該工作以“基于流體和界面自適應的水凝膠輔助微流控紡絲技術用于制備可拉伸纖維”（hydrogel-assisted microfluidic spinning of stretchable fibers via fluidic and interfacial self-adaptations）為題在《科學·進展》（science advances）上在線發表。西安交通大學生物醫學信息工程教育部重點實驗室為該論文的通訊作者單位，文章第一/通訊作者為西安交通大學生命學院畢業生、海南大學生物醫學工程學院趙國旭副教授，西安交通大學生命學院徐峰教授、海南大學生物醫學工程學院王東教授為共同通訊作者。文章其他作者包括西安交通大學生命學院仿生工程與生物力學研究所楊清振副教授、劉灝副教授、方云生教授。

西安交通大學仿生工程與生物力學研究所（bebc）在生物力學和力學生物學的研究基礎上，通過工程學手段，將不同尺度的力學調控引入疾病診療，開展了一系列的“力醫學（mechanomedicine）”研究，相關代表性研究成果發表于《自然材料》（nature materials）、《自然化學》（nature chemistry）、《自然生物醫學工程》（nature biomedical engineering）、《自然通訊》（nature communications）、《科學進展》（science advances）、《美國科學院院報》(pnas)等期刊。

論文鏈接：www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adj5407

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