紫外辐照可控片段化纳米/微米纤维的制备及其作为生物墨水添加剂的高效新方法

这篇研究报道了一种创新的紫外辐照（UV）技术，用于可控片段化电纺纤维（PCL/明胶），解决了传统方法在材料特异性、可扩展性和设备依赖性方面的局限。通过多模态威布尔（Weibull）分析量化纤维长度分布，证实该方法在60-240分钟内可精准调控片段尺寸（平均长度≈1126/辐照时间μm），同时保持纤维直径和化学稳定性（FTIR验证）。纤维增强的3%藻酸盐生物墨水显著提升打印保真度（对角交叉比DCR从0.32增至0.39，p<0.01），为生物制造（Biofabrication）提供了可扩展、低成本且生物相容的解决方案。

　　

紫外辐照可控片段化技术的突破

研究团队开发了一种基于紫外（UV）辐照的创新型纤维片段化技术，通过光化学降解作用实现对电纺纤维长度的精准调控。该方法采用波长253.7 nm的紫外光源，在60-240分钟辐照时间内，使聚己内酯（PCL）/明胶复合纤维发生可控断裂，解决了传统机械切割或冷冻切片技术对特殊设备的依赖性问题。

多模态威布尔模型揭示长度调控规律

通过三模态威布尔分布模型（Weibull distribution）对片段化纤维进行统计分析，发现特征长度a与辐照时间呈反比关系（a≈1126/辐照时间 μm）。值得注意的是，三个模态长度（a₁、a₂=2a₁、a₃=4a₁）之间存在明确的倍数关系，且在150分钟后达到动态平衡。该模型可准确预测平均纤维长度（?l?≈√(13/3)a）和标准偏差（σ≈√2a），为生物墨水配方设计提供量化依据。

材料特性与生物相容性验证

傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析显示，即使经过5小时紫外处理，PCL特征峰（2945 cm^-1的CH₂不对称伸缩、1724 cm^-1的羰基伸缩）和明胶特征峰（3292 cm^-1的N-H伸缩）均未发生位移，证实该方法不会引发聚合物化学结构改变。扫描电镜（SEM）观察到水分散处理后的纤维表面产生纳米级沟槽结构，这种拓扑特征可能通过增加比表面积来促进细胞粘附。

打印性能的显著提升

将150分钟UV处理的纤维片段（1% w/v）添加到3%藻酸盐生物墨水中，网格结构打印测试显示对角交叉比（DCR）从0.32±0.02显著提高至0.39±0.01（p<0.01）。这种改善源于纤维网络的流变学调控作用：既降低聚合物浓度（减少细胞打印应力），又通过物理交联抑制挤出后的丝材融合。

技术优势与应用前景

相较于传统方法，该紫外片段化技术具有三大优势：

1. 设备简易性：仅需标准紫外灯源，无需冷冻切片机等专业设备

2. 工艺可控性：通过辐照时间精确调控片段尺寸分布

3. 材料普适性：适用于PCL等生物可降解聚酯及其复合材料

   该技术为组织工程（尤其是需要机械强化的软骨/骨组织构建）提供了新型生物墨水开发策略，其可扩展性更利于临床转化应用。

实验方法创新点

研究采用7:3甲酸/乙酸混合溶剂体系电纺PCL/明胶纤维（0.16/0.08 g mL^-1），通过超高速匀浆（11,000 rpm，30分钟）实现片段分散。打印测试使用自制挤出系统（G25喷嘴，250 μm内径）在5 mm s^-1速度下完成，所有数据分析均通过ImageJ/Fiji软件完成，确保结果可重复性。这项由德国研究基金会（DFG）资助的研究，为生物制造领域提供了兼具理论基础和实践价值的技术突破。