DOI: 10.1016/j.nantod.2022.101723

静电纺丝是制备不同尺寸和形貌纳米纤维材料的一种成熟且高效的方法。在人类健康问题日益突出的背景下，静电纺丝正成为一种创新的颠覆性技术，从多方面促进人类对健康的追求和维护。近年来，相关的高水平研究层出不穷，但它们分布广泛，相互之间缺乏主观关联。在此，本研究从多方面和多角度系统全面地综述了静电纺丝技术对人类健康的贡献。本文首先简要介绍了静电纺丝技术的原理、发展和应用。随后，对电纺丝技术在人类健康四个不同阶段（即检测、防护、调控和重建）的具体应用进行了梳理和详细讨论。从基本机理出发，作者通过最具代表性的实例对各部分进行了逻辑提炼，梳理出相关研究的最新进展。重点探讨并评估了设计理念、研究方法、应用材料、整体性能和现存问题。最后，研究者从宏观角度总结并讨论了静电纺丝技术在人类健康领域的挑战、瓶颈和发展前景，并给出了潜在的可行解决方案。

图1.电纺丝技术在能源、环境和人类健康方面的典型应用示意图。

图2.近二十年来的研究论文数量。通过在科学网搜索电纺丝（棕色柱）、电纺丝+能量（粉色点图）、电纺丝+环境（绿色点图）和电纺丝+健康（青色点图）等关键词得到的数据。2022*表示数据收集至2022年11月。

图3.电纺丝在人类健康领域的一些关键应用的示意图。

图4.原理和设备。电纺丝机理（a）和基本电纺丝装置（b）示意图。c）单针类型的分类：同轴、三轴、并排和多芯喷嘴。d）无针静电纺丝装置的代表性品类。

图5.静电纺丝在物理传感器中的应用。a）多用途柔性多层石墨烯/PA66湿度传感器示意图。b）TPU/CNTs/PDMS纳米纤维复合材料的制备示意图及其SEM图像。c）聚偏氟乙烯（PVDF）涂层摩擦电碳纳米管（CNT）纱线的制备与表征。d）示意图显示了SI-TENG的详细结构，以及SI-TNG在不同拉伸应变下的输出性能。e）LMFM的典型制造过程及其输出性能的示意图。f）SFRHs制备示意图。

图6.电纺丝在生物传感器中的应用。a）使用PVA/BTCA/β-CD/GOx/AuNPs NF水凝胶的贴片型葡萄糖传感器示意图。b）SERS活性Au/TPU电纺可穿戴汗液pH传感器制造和应用的概念图。c）柠檬酸（CA）修饰电纺尼龙纳米纤维膜用于3-苯氧基苯甲酸检测的示意图。d）电纺纳米纤维用于气体传感器的概念图。

图7.静电纺丝在防水织物中的应用。a）杨氏模型、Wenzel模型和Cassie-Baxter

示意图。b）制备环保、防水、透气和抗紫外线膜的示意图。c）显示合成的FPU的化学结构和水接触角变化的图示。d）环保型高性能合成步骤示意图。

图8.静电纺丝在空气过滤中的应用。a）多孔膜和单根纳米纤维去除空气中微粒的机理。b）GOPAN过滤器切断室外PM的演示（右瓶）和过滤试验后GOPAN膜的SEM图像。c）不同表面的透明空气过滤器捕获PM2.5的性能。

图9.静电纺丝在抗菌和抗病毒方面的应用。a）再生PET电纺丝和后处理工艺示意图。b）不同BPTA含量的PVA对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌圈。c）PMMA/ZnO-Ag NFs的制备步骤。d）PMMA/ZnO-Ag NFs的BCoV和BPIV3病毒滴度值以及抗病毒活性评估。

图10.静电纺丝在冷却纺织品中的应用。a）选择性和非选择性热发射器的辐射传热过程示意图。通过辊对辊静电纺丝制备的es-PEO薄膜的照片、SEM和光谱紫外-可见-红外反射率/发射率。b）生产FBN-PI纺织品的“绿色”电纺丝工艺示意图。及其作为可穿戴热调节纺织品的应用。c）用于个人干燥和冷却的仿生多层纤维膜的汗液释放和散热示意图，以及散热性能的照片和红外热图像。

图11.具有定向输送能力的仿生稳定单层Janus电纺织物。a和b）概念和装置示意图。以及这种Janus静电纺丝织物的照片。c）这种Janus静电纺丝织物的疏水侧和超亲水侧的不同分辨率SEM图像。d）当水滴滴在超亲水侧（上排）和疏水侧（下排）时，从Janus电纺织物的侧视图看水（0.3ml）的定向传输过程。e）非对称因子（F）（红色填充点）的测量结果和水蒸气透过率值的箱线图。f）水试验的蒸发率。g）将这种Janus电纺织物的稳定性与两种不同类型的多层电纺织物进行比较。这种Janus电纺织物在剥离、拉伸和缝合的情况下仍能保持完整。h）这种Janus静电纺丝织物和商业棉织物置于湿皮肤上的红外相机图像。

图12.静电纺丝在隔热织物中的应用。a）FIBER NFAs的设计、加工及其蜂窝架构。b）有机-无机杂化PCF-3气凝胶的合成过程。d）将PCF-3置于手上的热红外图像。c）HSTSs-SiO2 NFMs的制造工艺和TEM图像。d）用于制备中空纳米纤维的吹塑辅助装置示意图。

图13.通过简单绿色溶剂静电纺丝方法制备仿生干Janus全天然面膜（J-AFM）。a）J-AFM的制造过程示意图。b）J-AFM上大肠杆菌和金黄色葡萄球菌菌落分布的照片。c）使用干J-AFM之前（酒红色栏）和之后（绿色栏）的光学检测照片。d）7种商用湿面膜与干J-AFM的总重量、塑料包装重量、含水量和有效物质浪费的比较结果统计。

图14.电纺丝在伤口愈合中的应用。a）正常伤口愈合阶段。b）具有Janus结构鞘（FMP-CPs）的PCL/PVP@PVP-CPs同轴纤维的制备示意图。c）术后第3、7和14天，三组（对照、FMP和FMP-CPs组）小鼠的全层伤口面积变化。d）细菌纳米纤维素膜的合成过程。e）敷料细菌纳米纤维素膜的体内伤口愈合评估。

图15.电纺丝在组织工程再生中的应用。a）组织工程化纤维软骨植入物的组装和形态示意图。以及部分髌骨切除术和组织工程化纤维软骨植入物移植。b）生产微纤维/纳米纤维芯鞘纱线的纳米纱线制造设备示意图，以及用于肌腱再生的PCL-SF/PLCL针织支架示意图。c）多孔微管制造工艺示意图。d）负载褪黑素（MLT）和Fe3O4磁性纳米颗粒的电纺多层支架的制备与表征。e）术后16周，四组再生神经的形态学分析。

图16.用于骨组织再生的电纺3D支架的概念与制造。a）骨组织工程中3D电纺支架的制备概念。b）3D纳米羟基磷灰石/聚乳酸/明胶支架制备示意图。c）混合PCL/Gel/N-HA（PGH）支架的制备示意图。

图17.电纺丝在人类健康方面应用的当前挑战和未来发展。