Nanoprinting holds promise for nerve regeneration / Nanostampa promettente per la rigenerazione dei nervi.

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Joseph Cotellessa

The advance, made at EPFL’s Laboratory of Photonic Materials and Fibre Devices, has been published in Advanced Functional Materials.

A technique for imprinting nanometric patterns on hollow polymer fibres could lead to medical applications where nerves are regenerated or artificial tissue is created, claim researchers in Switzerland.

This technique enables to achieve textures with feature sizes two order of magnitude smaller than previously reported (Credit: EPFL)

According to EPFL, the imprinted designs could be used to impart certain optical effects on a fibre or make it water-resistant. They could also guide stem-cell growth in textured fibre channels or be used to break down the fibre at a specific location and point in time in order to release drugs as part of a smart bandage.

To make their nanometric imprints, the researchers began with a technique called thermal drawing, which is the method used to fabricate optical fibres.

Thermal drawing involves imprinting millimetre-sized patterns on a preform, which is a macroscopic version of the target fibre. The imprinted preform is heated and stretched into a long, thin fibre and allowed to harden.

Stretching causes the pattern to shrink while maintaining its proportions and position, but the method is flawed because the pattern does not remain intact below the micrometre scale.

“When the fibre is stretched, the surface tension of the structured polymer causes the pattern to deform and even disappear below a certain size, around several microns,” said Prof. Fabien Sorin, who runs the EPFL lab in Lausanne.

To avoid this problem, the EPFL researchers sandwiched the imprinted preform in a sacrificial polymer, which protects the pattern during stretching by reducing the surface tension. It is discarded once the stretching is complete.

By using this method, the researchers were able to apply tiny and highly complex patterns to various types of fibres.

“We have achieved 300nm patterns, but we could easily make them as small as several tens of nanometres,” said Sorin.

This is the first time that such minute and highly complex patterns have been imprinted on flexible fibre on a very large scale. “This technique enables to achieve textures with feature sizes two order of magnitude smaller than previously reported,” said Sorin. “It could be applied to kilometres of fibres at a highly reasonable cost.”

To highlight potential applications of their achievement, the researchers teamed up with the Bertarelli Foundation Chair in Neuroprosthetic Technology, led by Stéphanie Lacour. Working in vitro, they were able to use their fibres to guide neurites from a spinal ganglion (on the spinal nerve), which marked an encouraging step toward using the fibres to help nerves regenerate or to create artificial tissue.

This development could have implications in many other fields besides biology. “Fibres that are rendered water-resistant by the pattern could be used to make clothes. Or we could give the fibres special optical effects for design or detection purposes. There is also much to be done with the many new microfluidic systems out there,” said Sorin.

ITALIANO

Una tecnica per stampare modelli nanometrici su fibre polimeriche cave potrebbe portare ad applicazioni mediche in cui i nervi sono rigenerati o si vengono a creare tessuti artificiali, sostengono i ricercatori in Svizzera.

Questa tecnica permette di ottenere strutture con dimensioni caratteristiche di due ordini di grandezza più piccola di quanto precedentemente riportato (Credit: EPFL)

Secondo EPFL, i disegni impressi potrebbero essere utilizzati per impartire determinati effetti ottici su una fibra o renderlo impermeabile. Essi potrebbero anche guidare la crescita di cellule staminali in canali di fibra testurizzati o essere utilizzati per abbattere la fibra in una posizione specifica e il punto nel tempo al fine di rilasciare farmaci come parte di una benda intelligente.

Per rendere le loro impronte nanometriche, i ricercatori hanno iniziato con una tecnica chiamata disegno termico, che è il metodo utilizzato per fabbricare fibre ottiche.

Il disegno termico comporta modelli di dimensioni millimetriche di stampa su una preforma, che è una versione macroscopica della fibra di destinazione. La preforma stampata è riscaldata e allungata in una lunga, fibra sottile che ha permesso di indurire.

Lo stiramento causa il modello a ridursi, pur mantenendo le sue proporzioni e la posizione, ma il metodo è difettoso perché il modello non rimane intatto al di sotto della scala micrometrica.

"Quando la fibra è allungata, la tensione superficiale del polimero strutturato fa sì che il modello si deformi e addirittura scompaia al di sotto di una certa dimensione, intorno a diversi micron", ha detto il Prof. Fabien Sorin, che dirige il laboratorio EPFL di Losanna.

Per evitare questo problema, i ricercatori dell'EPFL hanno intramezzato la preforma impressa in un polimero sacrificale, che protegge il modello nella filatura riducendo la tensione superficiale. Esso viene scartato dopo che lo stiramento è completato.

Utilizzando questo metodo, i ricercatori sono stati in grado di applicare modelli piccoli e altamente complessi per vari tipi di fibre.

"Abbiamo raggiunto i modelli 300 Nm, ma potremmo facilmente renderli piccoli come diverse decine di nanometri", ha detto Sorin.

Questa è la prima volta che tale minuti e modelli altamente complessi sono stati impressi su fibra flessibile su scala molto grande. "Questa tecnica permette di ottenere strutture con dimensioni caratteristiche di due ordini di grandezza più piccola di quanto precedentemente riferito," ha dichiarato Sorin. "Potrebbe essere applicato a chilometri di fibre ad un costo altamente ragionevole."

Per evidenziare le potenziali applicazioni della loro realizzazione, i ricercatori hanno collaborato con la Cattedra Bertarelli Foundation di Neuroprotesi Tecnologia, guidato da Stéphanie Lacour. Lavorando in vitro, sono stati in grado di utilizzare le loro fibre per guidare neuriti da un ganglio spinale (sul nervo spinale), che ha segnato un progresso incoraggiante verso l'uso delle fibre per aiutare i nervi a rigenerare o per creare tessuti artificiali.

Questo sviluppo potrebbe avere implicazioni in molti altri campi oltre a quello della biologia. "Fibre che vengono resi impermeabili dai modelli possono essere usati per fare i vestiti. Oppure potremmo dare alle fibre effetti ottici speciali per scopi di progettazione o di rilevazione. C'è anche molto da fare con i molti nuovi sistemi microfluidici là fuori ", ha detto Sorin.

Da:

https://www.theengineer.co.uk/nanoprinting-holds-promise-for-nerve-regeneration/?cmpid=tenews_3034258