Strain‐Driven Topological Reorganization in Soft Fibrin Nanofibrous Networks Enabling Tissue‐Like Alignment

材料科学 各向异性 纤维发生 流变学 延伸率 纤维 脚手架 压电 变形(气象学) 纳米技术 模板 纳米纤维 拓扑(电路) 主轴定理 聚合物 生物系统 纤维蛋白 软机器人 拓扑缺陷 弹性(物理)
作者
Mao Mao,Rongzhi Liu,Zhishuo Ren,Ling Wang,Jingyuan Gao,Yabo Zhang,Wenbo Shi,Dichen Li,Jiankang He
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:38 (56): e74105-e74105
标识
DOI:10.1002/adma.74105
摘要

Programming long-range anisotropy within soft, cell-laden natural nanofibrous matrices remains a central challenge in soft matter and tissue engineering, as most alignment strategies rely on external templates or non-physiological fields. Here, we demonstrate a gelation-coupled strain-induced alignment strategy that generates stable anisotropy in fibrin matrices by applying uniaxial deformation during a transient fibrillogenesis window. In partially crosslinked fibrin, stretching induces rapid fibril reorientation and pore elongation along the principal strain direction, with alignment saturation observed near 1.6× elongation under the present gelation and loading conditions. Structural and rheological analyses suggest that this post-unloading alignment arises from balanced fibril mobility and network connectivity during gelation, while a simplified pore-straightening model helps explain the observed strain-saturation behavior. This strain-guided response is further extended to uniaxial and multilayer tissue-scale constructs by tuning scaffold geometry and boundary-defined deformation. Aligned matrices improve cardiomyocyte structural organization, anisotropic contraction, electrical responsiveness, and calcium-handling kinetics, with further functional enhancement achieved by integrating a deformable piezoelectric scaffold. These results establish a simple and biologically compatible strategy for generating directionally functional fibrin-based tissues through gelation-stage mechanical reorganization.
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