在两项新的研究中，北卡罗来纳州立大学的研究人员设计并测试了一系列纺织纤维，这些纤维可以改变形状并产生像肌肉一样的力量。在发表在《致动器》杂志上的第一项研究中，研究人员专注于材料对人造肌肉强度和收缩长度的影响。这些发现可以帮助研究人员为不同的应用定制纤维。

在发表在《仿生学》上的第二项概念验证研究中，研究人员测试了他们的纤维作为活细胞支架。他们的研究结果表明，被称为“纤维机器人”的纤维可用于开发人体中活的移动系统的3D模型。

“我们发现我们的光纤机器人是非常适合细胞的支架，我们可以改变频率和收缩比，为细胞创造更合适的环境，”北卡罗来纳州立大学纺织工程，化学和科学研究生Muh Amdadul Hoque说。“这些是概念验证研究;最终，我们的目标是看看我们是否可以将这些纤维作为干细胞的支架进行研究，或者在未来的研究中使用它们来开发人造器官。

研究人员通过将一个由类似于橡胶的材料制成的气球状管子封装在编织的纺织护套中来制造变形纤维。用气泵给内部气球充气会使编织护套膨胀，导致其缩短。

研究人员测量了由不同材料制成的纤维的力和收缩率，以了解材料与性能之间的关系。他们发现，更坚固、直径更大的纱线会产生更强的收缩力。此外，他们发现用于制造气球的材料会影响收缩的大小并产生力。

“我们发现我们可以根据设备所需的性能定制材料特性，”北卡罗来纳州立大学纺织工程，化学和科学助理教授Xiaomeng Fang说。“我们还发现，我们可以使这种设备足够小，因此我们可以将其用于织物形成和其他纺织品应用，包括可穿戴设备和辅助设备。

在一项后续研究中，研究人员评估了他们是否可以使用变形纤维作为成纤维细胞的支架，成纤维细胞是一种在结缔组织中发现的细胞类型，有助于支持其他组织或器官。

“拉伸的想法是模仿身体运动的动态性质，”北卡罗来纳州立大学纺织工程，化学和科学助理教授，研究合著者杰西卡格鲁克说。

他们研究了细胞对变形纤维运动的反应，以及对纤维结构中使用的不同材料的反应。他们发现这些细胞能够覆盖甚至穿透纤维机器人的编织鞘。然而，当纤维机器人的收缩超过一定水平时，他们发现细胞的代谢活动下降，与由他们保持静止的相同材料制成的设备相比。

研究人员有兴趣在这些发现的基础上，看看他们是否可以将这些纤维用作3D生物模型，并研究运动是否会影响细胞分化。他们说，他们的模型将比其他现有的实验模型更先进，这些模型是为了显示细胞对拉伸和其他运动的反应而开发的，因为它们只能在二维空间中移动。

“通常，如果你想在细胞上增加拉伸或应变，你会把它们放在塑料培养皿上，然后向一个或两个方向拉伸它们，”格鲁克说。“在这项研究中，我们能够证明在这种3D动态培养中，细胞可以存活长达72小时。

“这对干细胞特别有用，”Gluck补充道。“我们未来可以做的是研究细胞水平上在细胞机械应力下会发生什么。你可以观察肌肉细胞，看看它们是如何发育的，或者看看机械作用如何帮助区分细胞。