Ricercatori presso il Laboratorio di materiali fotonici e dispositivi in ​​fibra dell'EPFL, gestito da Fabien Sorin, hanno ideato una tecnica semplice e innovativa per disegnare o imprimere complessi, modelli nanometrici su fibre polimeriche cave. Il loro lavoro è stato pubblicato in Materiali funzionali avanzati .

Le potenziali applicazioni di questa svolta sono numerose. I disegni impressi potrebbero essere utilizzati per conferire determinati effetti ottici su una fibra o renderla resistente all'acqua. Potrebbero anche guidare la crescita delle cellule staminali nei canali della fibra testurizzata o essere utilizzati per scomporre la fibra in una posizione e in un momento specifici al fine di rilasciare farmaci come parte di un bendaggio intelligente.

Allungando la fibra come plastica fusa

Per fare le loro impronte nanometriche, i ricercatori hanno iniziato con una tecnica chiamata disegno termico, che è la tecnica utilizzata per fabbricare le fibre ottiche. Il disegno termico comporta l'incisione o la stampa di modelli di dimensioni millimetriche su una preforma, che è una versione macroscopica della fibra bersaglio. La preforma stampata viene riscaldata per modificarne la viscosità, allungato come plastica fusa in un lungo, fibra sottile e poi lasciata indurire di nuovo. L'allungamento fa sì che il motivo si riduca mantenendo le sue proporzioni e la sua posizione. Eppure questo metodo ha un grosso difetto:il modello non rimane intatto al di sotto della scala micrometrica. "Quando la fibra è tesa, la tensione superficiale del polimero strutturato fa sì che il motivo si deformi e addirittura scompaia al di sotto di una certa dimensione, intorno a diversi micron, " disse Sorin.

Per evitare questo problema, i ricercatori dell'EPFL hanno avuto l'idea di inserire la preforma stampata in un polimero sacrificale. Questo polimero protegge il modello durante l'allungamento riducendo la tensione superficiale. Viene scartato una volta completato lo stretching. Grazie a questo trucco, i ricercatori sono in grado di applicare modelli minuscoli e molto complessi a vari tipi di fibre. "Abbiamo raggiunto modelli di 300 nanometri, ma potremmo facilmente renderli piccoli come diverse decine di nanometri, " ha affermato Sorin. Questa è la prima volta che modelli così minuti e altamente complessi sono stati stampati su una fibra flessibile su una scala molto ampia. "Questa tecnica consente di ottenere trame con dimensioni delle caratteristiche due ordini di grandezza inferiori rispetto a quanto riportato in precedenza, " ha detto Sorin. "Potrebbe essere applicato a chilometri di fibre a un costo molto ragionevole".

Per evidenziare le potenziali applicazioni del loro raggiungimento, i ricercatori hanno collaborato con la Fondazione Bertarelli Chair in Neuroprosthetic Technology, guidato da Stéphanie Lacour. Lavorando in vitro, sono stati in grado di utilizzare le loro fibre per guidare i neuriti da un ganglio spinale (sul nervo spinale). Questo è stato un passo incoraggiante verso l'utilizzo di queste fibre per aiutare i nervi a rigenerarsi o per creare tessuti artificiali.

Questo sviluppo potrebbe avere implicazioni in molti altri campi oltre alla biologia. "Le fibre che sono rese resistenti all'acqua dal motivo potrebbero essere utilizzate per realizzare vestiti. Oppure potremmo dare alle fibre effetti ottici speciali per scopi di progettazione o rilevamento. C'è anche molto da fare con i molti nuovi sistemi microfluidici là fuori, " ha affermato Sorin. Il prossimo passo per i ricercatori sarà quello di unire le forze con altri laboratori EPFL su iniziative come lo studio della rigenerazione nervosa in vivo. Tutto questo, grazie alla meraviglia delle fibre polimeriche impresse.