DOI: 10.1016/j.ccr.2022.214770

工程纳米材料的良好性能可通过精确的设计和制造以及尺寸依赖效应实现。纳米材料在疾病特异性预防、诊断、治疗和康复监测中的生物医学应用需要精确、特定且先进的方法，以便为患者带来有效持久的预后结果。在这方面，碳纳米纤维（CNF）因其良好的机械强度、高导电性和理想的形态特征而备受关注。从广义上讲，CNFs可分为气相生长碳纳米纤维（VGCNFs）和碳化CNFs（例如电纺CNFs），它们具有不同的微观结构、形态和物理化学性质。除物理化学性质外，VGCNFs和静电纺丝CNFs在生物医学领域中的性能不同，各有优劣。事实上，文献中的几篇综述类论文已经总结并讨论了不同类型的CNFs及其在工业、能源和复合材料领域的性能。然而，至关重要的是，从生物医学的角度来看，关于CNFs的综述类论文并不多。因此，本工作探索了不同类型的CNFs、其制备和表面改性方法，以及它们在生物医学工程不同分支中的应用。

图1.（a）石墨烯薄片、（b）石墨烯鱼骨、（c）石墨烯带、（d）杯状堆叠CNFs和（e）无石墨烯层的无定形CNF的结构示意图。

图2.CNFs CVD仪器和生长机制。

图3.使用具有定义孔径和长度的膜进行模板辅助CNFs制备的示意图。

图4.碳凝胶制备概述。（a）代表单独溶液和随后凝胶形成的示意图。（b）所得12L整块湿凝胶的宏观图像。（c）碳凝胶内部结构的两种不同放大倍数的SEM显微照片。

图5.各种基于纺丝的CNFs制备方法。（a）力纺丝，（b）静电纺丝，和（c）熔喷纺丝。

图6.热处理过程中PAN的结构变化。

图7.碳纳米纤维的常规表面改性方法。

图8.（a）通过电化学方法实现CNFs表面功能化的基本原理，（b）CNF电极电化学表面改性过程中的质量传输示意图。（c）突出改性CNF表面的相互作用。

图9.生物传感器中的生物受体和换能器结构示意图。

图10.使用扫描电镜观察不同时间段内所有ECNF膜（纯ECNF和不同ECNF/BG复合材料）上粘附良好的MC3T3-E1细胞以及沿纤维方向呈纺锤形的MC3T3-E1细胞。虽然细胞数量随着培养时间的增加而增加，但ECNF/BG（68s）的细胞密度最高，扩散面积最大。

图11.用于骨组织工程的ECNFs/HAp复合材料支架的合成。（a）实验示意图，（b）矿化后原始ECNFs的SEM显微照片，（c）矿化后经NaOH处理的ECNFs的SEM显微照片，以及（d）矿化ECNFs的TEM显微照片。

图12.矿化7天后不同CNFs/HAp杂化物的透射电子显微镜（TEM）图像和选区衍射（SAED）图：（a,b）制备的CNFs,（c,d）在3M HNO3中氧化的CNFs，（d的插图）在3M HNO3中氧化的CNFs的能量色散X射线光谱（EDS）图，（e,f）在10M HNO3中氧化的CNFs，以及（f的插图）f的高倍放大。