11月8日，记者从海南大学获悉，该校生物医学工程学院柔性电子材料与器件团队研发了一种量产高品质可拉伸纤维的新技术。该成果已于近日发表在国际期刊《科学进展》上。

可拉伸性，即纤维的冷却速率降低时，最大拉伸比增加。

纤维在人体中广泛存在，研发具有仿生性能的人工合成纤维，有望为解决众多生物医学问题提供有效工具。生物相容性优异、与软组织力学性质相仿且性能稳定的弹性体聚合物成为人工合成纤维的理想原料，然而其纤维的高品质量产仍存在挑战。

突破卡脖子技术难题

海南大学研究团队成员赵国旭副教授基于微流控技术建立了一种弹性体纤维（弹性更为优异的可拉伸纤维）制备新策略：以海藻酸水凝胶纤维充当保护性外壳，包裹弹性体预聚物内核纤维，在内核交联固化后除去外壳，得到弹性体纤维。

此外，针对高黏性预聚物自主开发设备，研究人员还分析了各种参数对纤维纺丝过程的影响，揭示了纤维成型的流体力学机制，并基于此成功制备了直径大范围可控、数十米长且形态优良的弹性体纤维。

该团队负责人王东教授表示，该技术还能够制备尺寸可控、可拉伸性优异且力学顺应的多种螺旋结构纤维。团队展示了基于该技术制备得到的多种不同组分和结构的弹性体纤维，并展示了该类纤维用于弹性织线、可穿戴传感器和致动器的潜力。

据悉，该技术解决了一大类不可纺聚合物的量产化纺丝纤维制造难题，将极大地促进新型可拉伸纤维的研发和应用。其有望作为一种基础性、关键性材料制备新技术，广泛应用于生物医学工程等多个行业领域。

可拉伸纤维的应用

高强度和高杨氏模量的高性能聚乙烯纤维在各种应用中得到广泛应用。它们在防弹领域（如防弹头盔和夹克）、绳索（它们能够漂浮在水上且不重）、锚定石油钻井平台或浮动风力涡轮机、钓鱼线和渔网、以及防割手套等方面发挥重要作用。

这些纤维的应用范围不断扩大的主要原因是它们不仅具有优异的机械性能，而且密度低，约为980千克/立方米。芳纶纤维如杜邦的Kevlar®和帝人的Twaron®的密度约为1400千克/立方米。

聚乙烯纤维的强度和弹性模量具体数值（即强度和弹性模量除以密度）远远优于芳纶纤维。这对于车辆上的防护服和防护装甲以及浮在水上的聚乙烯纤维来说是一个重要优势，在海洋应用中的绳索也具有竞争优势。

全球有近40家生产聚乙烯纤维的厂商处于活跃、计划活跃或已停止生产状态。一些公司，如江苏久久科技有限公司（JJJ），计划生产数万吨/年的聚乙烯纤维。聚乙烯纤维的价格已经下降至每公斤10美元甚至更低，因此完全实现了商品化。

在竞争方面，Chineema、Dyneema®等聚乙烯纤维以及Tsunooga®等熔纺纤维与芳纶纤维等其他高性能纤维之间存在竞争。

具体来说，可拉伸纤维有啥妙用？

案例：可拉伸螺旋纤维支架加持，伤筋动骨不必非得100天

北京航空航天大学化学学院赵勇教授和空军军医大学口腔医院孔亮教授，联合提出“动态修复”的概念，在无需长期静养的前提下，让损伤机体在适当的运动中得到愈合和修复。

概括来说，这项工作提出了一种颠覆性的运动组织损伤动态修复策略。课题组预期它将在运动损伤的快速恢复、组织重建、事故紧急处理、战场应急治疗等场景中发挥新的作用。

对于相关论文评审专家表示，在生物相容性聚合物层之间，研究人员夹放了一种强而有弹性的聚合物。然后，将分层聚合物的细条缠绕成纱线再次缠绕纱线，直到它结成螺旋状的支架。

最终制成的支架被拉伸到其初始长度的 1.5 倍，长循环 4 万次后仍能保持稳定的螺旋结构。在模拟坚韧而有弹性的结缔组织纤维上，它是一种很好的候选材料。

并且，该团队还在支架上植入了大鼠骨髓细胞，一周内就已覆盖整个支架。当拉伸覆盖细胞的支架时，支架会变形、但是细胞没有变形，这让细胞得以存活。

此前，针对这种避免细胞受到损伤的现象，学界的研究比较稀少。而本次研究，弥补了一定的空白。

可以说，该工作提出了一种颠覆性的运动组织损伤动态修复策略，可以赋能组织再生和人工器官平台的临床转化。

在应用设想上，该团队最终想法是让“损伤组织可以一边适当运动一边生长”。如能实现，组织损伤的患者的恢复时间，将得到大大缩短。

未来，它有望在运动损伤的快速恢复、组织重建、事故紧急处理和许多野生救援场景中发挥新的作用。

详细来说，课题组从仿生角度出发，通过模拟体内损伤组织的结构和功能，他们建立了一个具有高伸展性的分层螺旋支架，它不仅在结构上与天然组织相似，而且还与天然组织的机械性能相匹配。

由于支架结构的非平面运动，减轻了拉伸过程中的局部最大应变，因此该支架上的细胞可以在循环应变下保持较高的成活率。

体内实验表明，对于细胞生长和组织形态的形成，该支架提供了一个稳定的结构和机械微环境。

同时，这种螺旋状的支架打破了固定修复的思维定势，在适度运动的情况下，让受损组织的重建成为可能。

研究中，该团队制备了一种 PCL/PU/PCL 三明治结构的静电纺丝纳米纤维复合膜，其具有良好生物相容性。

其中，聚己内酯（polycaprolactone，PCL）作为皮层，聚氨酯（polyurethane，PU）作为芯层。然后，他们将纤维膜加捻成直纱，再进一步过捻形成螺旋纱线支架。

面对拉伸过程中的非平面变形，这种三维螺旋纤维支架可以很好地缓冲细胞的受力和变形。所以，在动态培养过程中，螺旋纤维支架的细胞活性明显优于直线性纤维。

当将该螺旋纤维支架植入小鼠，并在非固定情况下研究其组织修复行为时，即可发现随着植入时间的增加，细胞逐渐向支架内部浸润生长。

同时，胶原纤维和肌纤维在支架边界处沉积，这说明对于细胞生长和组织再生，螺旋纤维支架可以提供稳定的力学微环境，从而助力于缺损组织的愈合。

宏观运动行为的实验显示，在植入初期，螺旋状支架可以迅速代替受损肌腱的功能。即使在无固定条件下，受试小鼠也能控制自主运动，从而促进新组织的再生、以及损伤组织的修复，同时还可以防止肌肉萎缩。