本文梳理了中国科学技术大学俞书宏院士、西北工业大学黄维院士、香港中文大学唐本忠院士、中科院北京纳米能源所王中林院士在纳米纤维方面的重要研究进展,按发表时间排序,供大家了解!
1、中国科学技术大学俞书宏院士Adv. Mater.:一种制备MOF核壳纳米纤维的通用合成和溶液处理方法
金属有机框架材料(MOFs)以其极高的比表面积、有序的孔结构、丰富的成分和丰富的功能,在气体分离、传感、催化、能源、环境科学和生物医学等领域具有广泛的应用价值。然而,MOF晶体的加工和结构的控制是MOF应用的关键问题。
鉴于此,中国科学技术大学俞书宏院士团队开发了一种通用合成和溶液处理策略,即通过制备纳米原纤化纤维素 (NFC) 模板,使用该模板合成具有均匀网络结构和高纵横比的NFC@MOF核壳纳米纤维。该纳米纤维具有小晶体尺寸、柔韧性和良好的分散性,这些特点使其便于MOF材料的宏观组装和溶液加工。因此,这种通用合成和溶液处理方法为MOF的工业应用提供了新思路。相关研究内容以“General Synthesis and Solution Processing of Metal-Organic Framework Nanofibers”为题发表在期刊《Advanced Materials》上。
2、西北工业大学黄维院士等人Adv. Mater.:超高机械强度且可拉伸的纤维传感器用于可穿戴智能医疗
柔性可穿戴电子产品作为新型的便携式电子设备,在人机交互、人体状态监测、医疗保健等领域具有广泛的应用前景。性能优越的可穿戴电子系统通常需要坚韧的材料来保证其耐用性和稳定性。但是,提高电子材料的导电性会降低其拉伸性能,而提高导电材料的拉伸性能又会降低其机械强度。因此,制备兼具较高机械强度和优异拉伸性能的纤维材料仍然具有很大的挑战性。
鉴于此,西北工业大学黄维院士团队王学文教授与北京理工大学宋维涛教授合作,开发了一种可用于人体健康监测的柔性纤维应变传感器。在这项工作中,研究者巧妙地利用外层与内芯力学性能耦合的策略,采用静电纺丝技术从合成的PU溶液中构建纳米纤维,纳米纤维的直径为20 nm ~ 1 μm。高强度、高弹性的新型聚氨酯(PU)作为导电纤维传感器的内芯,极大地增强了纤维应变传感器的力学性能。纤维具有29.8 MPa的强拉伸强度和≈800%的大拉伸能力,实现了同时具备高力学强度和优异拉伸性能的柔性纤维传感器,解决了机械性能与拉伸性能难以兼容的难题。相关研究成果以“Ultra-Robust and Extensible Fibrous Mechanical Sensors for Wearable Smart Healthcare”为题目发表于期刊《Advanced Materials》上。
聚集诱导发光原(AIEgens)作为一种新的光敏剂,在聚集态下产生更高的活性氧(ROS),因此,有望成为治疗多药耐药细菌感染的理想候选药物。
香港中文大学(深圳)唐本忠院士和赵征教授首次提出了一种可行且快速的原位生产 AIEgen 沉积纳米纤维敷料的策略,以治疗手术或意外伤害后的伤口感染。纳米纤维不同于传统的纱布伤口敷料,原位沉积比后处理更方便可控。利用手持式静电纺丝装置对包含AIEgens的PCL溶液进行静电纺丝,形成纳米纤维敷料。AIE纳米纤维敷料与创面紧密贴合,适合创面大小。
体外和体内实验表明,AIE纳米纤维敷料具有良好的生物相容性和良好的抗菌活性,并且大大加快了创面愈合过程。因此,这种原位沉积的AIE纳米纤维敷料为特定类型的急诊创面提供个性化治疗,从而开启了急诊治疗的新篇章。相关研究成果以“In Situ Electrospinning of Aggregation-Induced Emission Nanofibrous Dressing for Wound Healing”为题目发表在期刊《Small Methods》上。
在电子皮肤(e-skins)中同时实现多种功能属性,如柔韧性、可拉伸性、透明性、舒适性、生物降解性和自供电能力对其长期实际应用至关重要。电子皮肤的一个重要组成部分是表皮电极,该电极应具有金属导电性、超薄厚度、高拉伸性、易成形性、透明性和透气性,以用于实际应用。然而,同时实现这些特性是非常具有挑战性的。
鉴于此,中国科学院北京纳米能源与系统研究所王中林、吴治峄团队成功将金纳米纤维和壳聚糖基底结合制备了具有透汗性、高透明度、生物可降解性的多功能自驱动电子皮肤。提出了一种操作简单、易于大规模生产的方法,以制备可拉伸、超薄、透气、有图案的金纳米纤维(Au NFs)电极。包括四个步骤,分别是金属化、纳米纤维网转移、图案化和封装。
首先,用静电纺丝法制备了生物相容性聚乙烯醇(PVA)纳米纤维网。然后采用磁控溅射的方法对PVA纳米纤维进行金属化,在PVA纳米纤维表面沉积一层薄薄的金。然后,采用光刻技术和湿蚀刻技术制备了图像化的NFs Au电极。最后,利用薄CS膜将图案化Au NFs电极封装到电子皮肤装置中。该电子皮肤能够实0-70 kPa 压力范围内0.012 kPa−1的灵敏度和70 ms的响应时间。相关研究成果以“Sweat-Permeable, Biodegradable, Transparent and Self-powered Chitosan-Based Electronic Skin with Ultrathin Elastic Gold Nanofibers”为题目发表在期刊《Advanced Functional Materials》上。