"Le radici di loto possono rompersi, ma la fibra rimane unita", un antico detto cinese che riflette la struttura unica e le proprietà meccaniche della fibra di loto. Le eccezionali proprietà meccaniche delle fibre di loto possono essere attribuite alla loro struttura a spirale unica, che fornisce un modello attraente per la progettazione biomimetica delle fibre artificiali.

In un nuovo studio pubblicato su Nano lettere , un team guidato dal Prof. Yu Shuhong della University of Science and Technology of China (USTC) dell'Accademia cinese delle scienze (CAS) ha riportato una fibra idrogel di cellulosa batterica (BC) con struttura a spirale mimetica in fibra di loto bio-ispirata con alta forza, elevata tenacità, eccellente biocompatibilità, buona elasticità, e ad alta dissipazione di energia.

A differenza dell'idrogel a base di polimeri, la fibra idrogel biomimetica di nuova concezione (BHF) si basa sull'idrogel BC con reti di nanofibre di cellulosa 3-D prodotte da batteri. Le nanofibre di cellulosa forniscono la rete di legami idrogeno reversibile che si traduce in proprietà meccaniche uniche.

I ricercatori hanno applicato una forza tangenziale costante all'idrogel BC pretrattato lungo la direzione della sezione trasversale. Quindi, i due lati dell'idrogel sono stati sottoposti a forze tangenziali opposte, e si è verificata una deformazione plastica locale.

I legami idrogeno nella rete 3-D di nanofibre di cellulosa sono stati rotti dalla forza tangenziale, provocando la torsione a spirale della striscia di idrogel e lo scivolamento e la deformazione della rete. Quando la forza tangenziale è stata rimossa, i legami idrogeno riformati tra le nanofibre, e la struttura a spirale della fibra è stata fissata.

Beneficiato della struttura a spirale mimetica in fibra di loto, la tenacità del BHF può raggiungere ～116,3 MJ m ^-3 , che è più di nove volte superiori a quelli della fibra idrogel BC non spiralata. Oltretutto, una volta che il BHF è allungato, è quasi non resiliente.

Combinando eccezionali proprietà meccaniche con un'eccellente biocompatibilità derivata da BC, BHF è una promettente fibra di idrogel per materiale biomedico, soprattutto per suture chirurgiche, un materiale biomedico strutturale comunemente usato per la riparazione delle ferite.

Rispetto alla sutura chirurgica commerciale con modulo più elevato, il BHF ha modulo e resistenza simili ai tessuti molli, come la pelle. L'eccezionale elasticità e dissipazione di energia del BHF gli consentono di assorbire energia dalla deformazione del tessuto intorno a una ferita e di proteggere efficacemente la ferita dalla rottura, che rende BHF una sutura chirurgica ideale.

Cosa c'è di più, la struttura porosa del BHF gli consente inoltre di adsorbire piccole molecole funzionali, come antibiotici o composti antinfiammatori, e rilasciarli in modo sostenibile sulle ferite. Con un design appropriato, BHF sarebbe una potente piattaforma per molte applicazioni mediche.