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《Nature Communications》期刊2022年7-12月关于“静电纺丝”的6篇论文
2022/12/8 9:20:25 易丝帮

导语

本期梳理了《Nature Communications》期刊2022年7-12月关于“静电纺丝”的6篇论文,主要介绍了静电纺丝技术在生物医用、传感器件、电池、以及人造皮肤的最新研究进展,供大家了解学习。

 

1、印度干细胞科学和再生医学研究所Praveen Kumar Vemula等人:电纺纳米纤维提高红细胞的质量和保质期,助力开发新型血袋

 

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➣挑战:健康红细胞(RBCs)的输入是一个拯救生命的过程。然而,在储存红细胞时,会产生一系列损伤相关的分子模式(DAMPs)。另外,潮湿会进一步损害红细胞。因此,储存的红细胞在储存期间质量下降,并限制了它们的保存期。

 

➣方法:度干细胞科学和再生医学研究所Praveen Kumar Vemula利用静电纺丝开发了含有牛磺酸和吖啶的电纺纳米纤维片(Tau-AcrNFS),其特征在于阴离子、阳离子电荷和表面上的DNA嵌入基团。

 

➣创新点1:通过间歇性清除储存损伤来减缓储存红细胞的损伤。在输血前用纳米纤维片进行处理可以显著降低DAMPs并防止输血相关的复杂性。在第21天或第28天,通过Tau-AcrNFS间歇去除DAMPs可以提高血液质量,并增加约22%的保质期。

 

➣创新点2:带电电纺纳米纤维片的使用可能导致新型血袋或基于插入物的医疗装置的发展。因此,它可以通过提高红细胞输血质量而对医疗保健产生重大影响。

https://doi.org/10.1038/s41467-022-35269-3

 

2、南京大学潘力佳教授&施毅教授:静电纺自组装微金字塔阵列膜,用于高性能、无感知性皮肤器件


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➣挑战:用于生理信息检测、个人保护和生物能量转换以及感官干扰最小的皮肤设备具有广泛的应用前景。但是,制备同时具有高性能和不易察觉性有较大的挑战。

 

➣方法:南京大学潘力佳教授和施毅教授合作开发出一种静电纺自组装微金字塔阵列膜,该膜具有超薄、超轻、透气的结构,以及良好的光、热、力、电性能,构建的舒适型贴合皮肤器件在日间辐射制冷、压力传感和生物能收集等领域表现出优良的性能。

 

➣创新点1:薄至47 μm的EMPAs基辐射冷却织物在1 kW m-2的太阳光强度下,可以将皮肤周围的温度降低约4℃。

 

➣创新点2:EMPA压电电容-摩擦电混合传感器具有高灵敏度(19 kPa−1)、超低检测限(0.05 Pa)和超快响应的优点,可以在宽频率范围内检测到超微弱的指尖脉冲,用于健康诊断。

 

➣创新点3:EMPA纳米发电机具有高摩擦电和压电输出 (105.1 µC m−2) ,实现了可靠的生物力学能量收集。

https://doi.org/10.1038/s41467-022-33454-y

 

3、清华大学张洪玉副教授&河北大学附属医院程树杰教授:电纺纳米纤维亚表面原位生长超润滑纳米皮肤以预防术后粘连

 

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➣挑战:在大多数的生物医学应用场景中,电纺纳米纤维膜被植入体内进行治疗,与人体组织直接接触。然而,过度的外源性粘连和邻近组织细胞的生长可能导致严重的组织粘连,从而造成难以挽回的后果。

 

➣方法:清华大学张洪玉副教授&河北大学附属医院程树杰教授开发了一种可控、简便且通用的策略,在单根电纺纳米纤维上原位生长超润滑纳米皮肤(SLNS)。两性离子聚合物链从纳米纤维的亚表面由内向外生成,从而形成与纳米纤维基质的聚合物链互穿稳固网络。

 

➣创新点1:采用SLNS制备的超润滑纳米纤维摩擦系数(COF)低于0.025,比原始纳米纤维降低了约16倍。经过12000次的摩擦试验,时间-摩擦系数图非常稳定,没有观察到磨损现象。

 

➣创新点2:与临床使用的防粘连膜相比,本研究制备的纳米纤维膜不仅更有效,而且具有低生产成本优势。

https://doi.org/10.1038/s41467-022-32804-0

 

4、华中科技大学谢佳教授:共掺多孔碳纳米纤维作为金属钾载体用于非水系钾离子电池


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➣挑战:在未来的电化学储能系统中,金属钾(K)是一种极具吸引力的碱金属负极材料,有望取代锂金属。但是,在循环过程中钾枝晶的不可控生长和体积变化严重阻碍了其应用。

 

➣方法:华中科技大学谢佳教授提出氮和锌共掺杂多孔碳纳米纤维的合成和应用,并将碳纳米纤维作为钾金属主体。

 

➣创新点1:氮和锌共掺杂多孔碳纳米纤维具有以下优点:(1)高亲钾性,导致K原子较好地成核;(2)重量轻,为高K金属提供充足的容纳空间;(3)有效地诱导均匀的电场和平滑的镀钾。

 

➣创新点2:通过快速热浸渍方法可制备出高K负载量(97 wt.%)和高比容量(以铜箔为正极,首次循环为667 mA h g−1,0.05mA cm−2)的MSCNF-K复合负极。在对称电池和K-S和K-PPB全电池测试中,MSCNF-K电极展现出良好的倍率性能和循环稳定性。

https://doi.org/10.1038/s41467-022-32660-y

 

5、电子科技大学苏元捷研究员等人:基于Ti3C2Tx MXene界面锚定效应实现高性能压电复合材料


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➣挑战:聚偏氟乙烯复合材料的压电性由其晶相和自发极化决定,其中,β相是电活性最强的极性相,表现出优异的压电性、热释电性和铁电性。然而,压电复合材料中无机-有机界面处分子间相互作用与电畴排列的关联机制还未明晰。

 

➣方法:电子科技大学苏元捷研究员等人提出了一种基于Ti3C2Tx MXene锚定效应来操纵聚合物基质的全反式分子构型方法。

 

➣创新点1:结合相场模拟和分子动力学计算,从微观和介观两个尺度阐释并验证了Ti3C2Tx纳米片与铁电聚合物界面耦合增强协同机制,促进偶极子定向排列并增强聚合物-陶瓷复合材料的自发极化强度。

 

➣创新点2:将该压电复合纺丝薄膜集成到鞋垫中形成足部传感器网络,可全方位、零功耗地进行运动监测、步态识别与跖痛症早期筛查。为高性能可穿戴电子的开发提出了一个新方法。

https://doi.org/10.1038/s41467-022-32518-3

 

6、东华大学武培怡教授:自愈合弹性纳米网增韧的抗疲劳人造离子皮肤


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➣挑战:开发类似皮肤的鲁棒传感材料对于未来的人机界面和软机器人非常重要,但是,在自愈性和抗疲劳性之间取得平衡是一项具有挑战性的难题。

 

➣方法:东华大学武培怡&孙胜童研究团队模拟真实皮肤的自愈合纳米纤维复合结构,将静电纺高模量自愈合聚氨酯纳米纤维网与另一自愈合低模量离子导电基质进行复合,获得新型人造离子皮肤。

 

➣创新点1:开发了一种具有极高耐疲劳性能(疲劳阈值,Γ0 ~2,950 J m-2)的新型自愈合离子皮肤材料,同时具有皮肤般的自愈性、柔软性(模量约为1.8 MPa)、拉伸性(680%)和应变强化响应(强化至67.5 MPa)。

 

➣创新点2:离子基质的离子电导率对湿度高度敏感,应变传感灵敏度高达66.8,比之前报道的都高!该人造离子皮肤突出的传感/机械特性(感觉、柔软性、拉伸性、自我修复、应变硬化、抗疲劳)甚至超过人类皮肤。此外,混合离子皮肤具有透明、抗冻、环境稳定和粘性,进一步赋予其在各种传感场景中的应用潜力。

https://doi.org/10.1038/s41467-022-32140-3


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