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微流控纺丝技术的新进展及应用
2020/12/15 9:06:59 易丝帮

导语

微流控技术在微尺度(几十到数百微米)上集成通道系统,并通过设计微流路,控制微量流体的流动方式,实现化学、生物、医学等应用。微流控技术的起源可以追溯到几十年前,早在1959年,Richard Feynman(1965年诺贝尔物理奖得主)就提出了将现实生活中的机械系统微型化,形成微型电子机械系统,简称微机电系统。如今,微流控技术已经在物理、化学、生物、医学和工程学等多学科交叉领域有着广泛的应用。


1.Ind. Eng. Chem. Res.:微流控芯片辅助静电纺丝制备ZrO2基催化纤维及其催化性能研究

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大连理工大学陶胜洋&中国科学院大连化学物理研究所张江威报道了一种利用微流控芯片辅助静电纺丝制备ZrO2基复合金属氧化物纤维的简便合成方法。

➣所形成的纳米级纤维含均匀分布的不同氧化物。通过掺杂SiO2或MgO显著增加了ZrO2的酸性和碱性位点。

➣这些纤维是负载氧化铁以进行Fenton反应的理想催化载体。铁元素高度均匀地分散在纤维上。

➣该催化剂可在45分钟内降解溶液中90%以上的500ppm染料,且循环使用后仍可保持较高的降解率。

DOI:10.1021/acs.iecr.0c04441


2.Adv. Mater.:微流控气喷纺丝法大规模制备人造皮肤

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东部战区总医院王革非教授与南京工业大学陈苏教授联合课题组研制出一种新型凝胶-纳米纤维支架复合的人造皮肤材料。

➣利用微流控气喷纺丝法将可降解的纤维蛋白制备成支架纳米纤维材料,在此纳米纤维表面通过交联反应形成均匀的凝胶包裹纳米纤维基材,使纤维细胞可以在此基材上快速生长成为人造皮肤。

➣这种方法构筑的人造皮肤具有空气透过率(164.635m3/m2.h.kPa)、优异的机械强度(8.45MPa),促血管网形成能力(7天)和快速的体内降解速率(7个月)。

➣人造皮肤促进组织成纤维细胞的增殖和迁移、适量胶原沉积、新生血管形成和组织结构的重塑,证实了皮肤组织结构的再生。DOI:10.1002/adma.202000982


3.Angew. Chem. Int. Ed.:微流体静电纺丝法构筑新型硼-碳纳米纤维

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南京工业大学陈苏教授、武观副教授等人从设计硼纳米片有序纳微结构入手,以高效促进离子迁移、累积和电子传导为目标,利用微流体静电纺丝技术制备各向异性的硼-碳异质纳米片(ABCNs)纤维织物电极。

➣该织物电极构筑的FSCs呈现出超高的储能性能(能量密度:167.05 mWh cm-3,体积比电容:534.5 F cm-3)。

➣构筑高机械柔性(断裂伸长率41.72%)和导电性能(15890 S m-1)

的织物电极,为FSCs的可穿戴大形变供电应用提供了基础。

➣将FSCs与压力传感器集成到织物中,设计出可穿戴式储能-传感系统,该系统能实时稳定检测人体各种信号,例如手腕脉搏、心跳、手指、背部和颈部弯曲信号,为FSCs在可穿戴领域的实际应用提供新途径。

DOI:10.1002/anie.202011523


4.Adv. Sci.:微流控3D打印技术制备立体超顺滑织物用于创面引流

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南京大学医学院赵远锦教授联合鼓楼医院整形烧伤科研究团队,设计了一种受猪笼草超滑结构启发的,基于微流控3D打印技术的立体超顺滑织物。

➣研究人员利用微流控技术连续制备了SLIPS聚氨酯微纤维,通过电镜表征可以看出微纤维的表面具有较为均匀的孔洞且内部孔洞相互连通。随后,利用微流控3D打印技术,研究人员制备了具有3D结构的聚氨酯超顺滑织物

➣超顺滑织物结合负压封闭引流治疗显著改善了传统引流技术中存在的缺陷,进一步提高了创面引流的效率。

DOI: 10.1002/advs.202000789


5.Nat. Commun.:微流体纺丝构筑柔性纳米结构黑磷无纺布

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南京工业大学陈苏教授和武观老师通过微流控纺丝技术制备黑磷复合纤维无纺布电极,并将其构筑具有高能量密度输出的柔性超级电容器。

➣通过在二维黑磷(BP)片层桥接一维碳纳米管(CNTs),增加黑磷片层间的电子传导、机械稳定性、离子扩散通道和氧化还原作用,从而促进离子在电极-电解质层界面处更快的传输及更多的累积。

➣得益于这种异质结构和微流体纺丝的设计,获得基于无纺布电极的超级电容器表现出较高的能量密度和稳定形变供能能力,并成功实现为LEDs、智能手表、彩色显示屏等电子器件供能的应用。

DOI: 10.1038/s41467-018-06914-7


6.Adv. Mater.:微流控免油纺丝法制备具有不同结点和可灌注通道的仿项链微纤维

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➣微纤维材料已经越来越受到众多生物医学和材料学研究者的关注,特别是具有不同的材料结构特征的微纤维材料,往往会赋予它们特殊的功能,从而实现特种情形的应用。

清华大学梁琼麟教授课题组首次通过微流控免油纺丝技术制备了具有不同结点结构和可灌注通道于一身的如项链一般的微米纤维。

➣通过该技术,纤维的结点可以被可控的制备成各种形状,如纺锤体形,半圆形,花瓣形等。纤维的可灌注通道也可以通过该技术轻松的设计成janus通道和螺旋形通道。

➣在整个纤维制备过程中,不涉及到油相的使用,简化了系统,并且整个制备过程具有高度的细胞兼容性,使得这种纤维在生物工程和生物医学工程领域具有巨大的应用前景和价值。

DOI: 10.1002/adma.201705082


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