據(jù)報(bào)道，東華大學(xué)朱美芳院士課題組開發(fā)了可用于制備多種皮芯結(jié)構(gòu)水凝膠光纖的集成式光引發(fā)動(dòng)態(tài)濕法紡絲工藝。該工藝可為多種水凝膠皮芯纖維體系提供對(duì)纖維直徑、機(jī)械性能、光學(xué)性能的精確控制。

皮芯結(jié)構(gòu)水凝膠光纖的皮層選用海藻酸鈉作為前驅(qū)液，芯層選用聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）和丙烯酰胺（AAm）的水溶液作為前驅(qū)液。通過(guò)自制的同軸紡絲噴頭，在有牽伸的條件下將前驅(qū)液擠出至氯化鈣凝固浴中。鈣離子擴(kuò)散進(jìn)入海藻酸鈉中，并使其交聯(lián)固化，形成水凝膠皮層。同時(shí)在噴頭附近用紫外光照射光纖，使PEGDA和AAm發(fā)生自由基聚合，形成凝膠網(wǎng)絡(luò)。研究人員在實(shí)驗(yàn)室條件下制備了10m 長(zhǎng)的連續(xù)光纖，可以預(yù)見，該方法同樣適用于千米長(zhǎng)度的光纖制備。此外，通過(guò)調(diào)節(jié)前驅(qū)液濃度、單體比例、拉伸速度、擠出速度和皮芯擠出速度比，可以很方便地改變光纖的光學(xué)、機(jī)械性能及尺寸。

研究人員分別對(duì)光纖長(zhǎng)度、光波長(zhǎng)、光纖粗細(xì)和光纖彎曲角度對(duì)光損耗的影響進(jìn)行了探究，并選用沒有皮層的PEGDA/AAm 光纖作為對(duì)照。研究表明，沒有皮層的光纖無(wú)全反射現(xiàn)象，散射損耗嚴(yán)重；光纖越長(zhǎng)，其傳播過(guò)程中的光損耗也越大。隨著光波長(zhǎng)增長(zhǎng)，光纖損耗逐漸降低，這主要是因?yàn)镻EGDA/AAm 等高分子材料對(duì)長(zhǎng)波長(zhǎng)的光透過(guò)率較高。隨著光纖芯層直徑增大，損耗降低，這是由于粗光纖中光在界面的全反射次數(shù)降低，反射時(shí)的損耗降低。光纖彎曲會(huì)增加光損耗，在彎曲角度為180o時(shí)，光纖末端的光強(qiáng)僅為無(wú)彎曲時(shí)的50%。不過(guò)這一損耗并非永久性的，在回復(fù)至初始形狀后光纖的損耗也回復(fù)至初始水平。

對(duì)于可植入光纖來(lái)講，其在體內(nèi)的使用性與力學(xué)性能和生物相容性有關(guān)。本實(shí)驗(yàn)中的皮芯水凝膠光纖的力學(xué)性能主要取決于強(qiáng)度較高的PEGDA/AAm 芯層，當(dāng)提高皮/芯擠出速度比時(shí)，芯層直徑迅速下降，而皮層先下降，后基本不變。因而光纖的總直徑會(huì)下降，并導(dǎo)致拉伸強(qiáng)度和模量下降、斷裂伸長(zhǎng)率提升。在光纖材料上接種NIH-3T3細(xì)胞3天后，空白組和光纖材料上的細(xì)胞群落密度并無(wú)明顯不同，證明材料無(wú)細(xì)胞毒性。相比于傳統(tǒng)光熱治療或光遺傳學(xué)中使用的二氧化硅基和高分子基光纖，皮芯水凝膠光纖在保證良好的光傳導(dǎo)性能的同時(shí)還具有更優(yōu)異的生物相容性。