《Nature Communications》期刊2022年7-12月關于“靜電紡絲”的6篇論文

導語

本期梳理了《Nature Communications》期刊2022年7-12月關于“靜電紡絲”的6篇論文，主要介紹了靜電紡絲技術在生物醫用、傳感器件、電池、以及人造皮膚的最新研究進展，供大家了解學習。

1、印度干細胞科學和再生醫學研究所Praveen Kumar Vemula等人：電紡納米纖維提高紅細胞的質量和保質期，助力開發新型血袋

?挑戰：健康紅細胞(RBCs)的輸入是一個拯救生命的過程。然而，在儲存紅細胞時，會產生一系列損傷相關的分子模式(DAMPs)。另外，潮濕會進一步損害紅細胞。因此，儲存的紅細胞在儲存期間質量下降，并限制了它們的保存期。

?方法：度干細胞科學和再生醫學研究所Praveen Kumar Vemula利用靜電紡絲開發了含有牛磺酸和吖啶的電紡納米纖維片(Tau-AcrNFS)，其特征在于陰離子、陽離子電荷和表面上的DNA嵌入基團。

?創新點1：通過間歇性清除儲存損傷來減緩儲存紅細胞的損傷。在輸血前用納米纖維片進行處理可以顯著降低DAMPs并防止輸血相關的復雜性。在第21天或第28天，通過Tau-AcrNFS間歇去除DAMPs可以提高血液質量，并增加約22%的保質期。

?創新點2：帶電電紡納米纖維片的使用可能導致新型血袋或基于插入物的醫療裝置的發展。因此，它可以通過提高紅細胞輸血質量而對醫療保健產生重大影響。

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

2、南京大學潘力佳教授&施毅教授：靜電紡自組裝微金字塔陣列膜，用于高性能、無感知性皮膚器件

?挑戰：用于生理信息檢測、個人保護和生物能量轉換以及感官干擾最小的皮膚設備具有廣泛的應用前景。但是，制備同時具有高性能和不易察覺性有較大的挑戰。

?方法：南京大學潘力佳教授和施毅教授合作開發出一種靜電紡自組裝微金字塔陣列膜，該膜具有超薄、超輕、透氣的結構，以及良好的光、熱、力、電性能，構建的舒適型貼合皮膚器件在日間輻射制冷、壓力傳感和生物能收集等領域表現出優良的性能。

?創新點1：薄至47 μm的EMPAs基輻射冷卻織物在1 kW m-2的太陽光強度下，可以將皮膚周圍的溫度降低約4℃。

?創新點2：EMPA壓電電容-摩擦電混合傳感器具有高靈敏度(19 kPa?1)、超低檢測限(0.05 Pa)和超快響應的優點，可以在寬頻率范圍內檢測到超微弱的指尖脈沖，用于健康診斷。

?創新點3：EMPA納米發電機具有高摩擦電和壓電輸出 (105.1?μC?m?2) ，實現了可靠的生物力學能量收集。

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

3、清華大學張洪玉副教授&河北大學附屬醫院程樹杰教授：電紡納米纖維亞表面原位生長超潤滑納米皮膚以預防術后粘連

?挑戰：在大多數的生物醫學應用場景中，電紡納米纖維膜被植入體內進行治療，與人體組織直接接觸。然而，過度的外源性粘連和鄰近組織細胞的生長可能導致嚴重的組織粘連，從而造成難以挽回的后果。

?方法：清華大學張洪玉副教授&河北大學附屬醫院程樹杰教授開發了一種可控、簡便且通用的策略，在單根電紡納米纖維上原位生長超潤滑納米皮膚(SLNS)。兩性離子聚合物鏈從納米纖維的亞表面由內向外生成，從而形成與納米纖維基質的聚合物鏈互穿穩固網絡。

?創新點1：采用SLNS制備的超潤滑納米纖維摩擦系數(COF)低于0.025，比原始納米纖維降低了約16倍。經過12000次的摩擦試驗，時間-摩擦系數圖非常穩定，沒有觀察到磨損現象。

?創新點2：與臨床使用的防粘連膜相比，本研究制備的納米纖維膜不僅更有效，而且具有低生產成本優勢。

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

4、華中科技大學謝佳教授：共摻多孔碳納米纖維作為金屬鉀載體用于非水系鉀離子電池

?挑戰：在未來的電化學儲能系統中，金屬鉀（K）是一種極具吸引力的堿金屬負極材料，有望取代鋰金屬。但是，在循環過程中鉀枝晶的不可控生長和體積變化嚴重阻礙了其應用。

?方法：華中科技大學謝佳教授提出氮和鋅共摻雜多孔碳納米纖維的合成和應用，并將碳納米纖維作為鉀金屬主體。

?創新點1：氮和鋅共摻雜多孔碳納米纖維具有以下優點：(1)高親鉀性，導致K原子較好地成核；(2)重量輕，為高K金屬提供充足的容納空間；(3)有效地誘導均勻的電場和平滑的鍍鉀。

?創新點2：通過快速熱浸漬方法可制備出高K負載量(97 wt.%)和高比容量(以銅箔為正極，首次循環為667 mA h g?1，0.05mA cm?2)的MSCNF-K復合負極。在對稱電池和K-S和K-PPB全電池測試中，MSCNF-K電極展現出良好的倍率性能和循環穩定性。

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

5、電子科技大學蘇元捷研究員等人：基于Ti3C2Tx MXene界面錨定效應實現高性能壓電復合材料

?挑戰：聚偏氟乙烯復合材料的壓電性由其晶相和自發極化決定，其中，β相是電活性最強的極性相，表現出優異的壓電性、熱釋電性和鐵電性。然而，壓電復合材料中無機-有機界面處分子間相互作用與電疇排列的關聯機制還未明晰。

?方法：電子科技大學蘇元捷研究員等人提出了一種基于Ti3C2Tx MXene錨定效應來操縱聚合物基質的全反式分子構型方法。

?創新點1：結合相場模擬和分子動力學計算，從微觀和介觀兩個尺度闡釋并驗證了Ti3C2Tx納米片與鐵電聚合物界面耦合增強協同機制，促進偶極子定向排列并增強聚合物-陶瓷復合材料的自發極化強度。

?創新點2：將該壓電復合紡絲薄膜集成到鞋墊中形成足部傳感器網絡，可全方位、零功耗地進行運動監測、步態識別與跖痛癥早期篩查。為高性能可穿戴電子的開發提出了一個新方法。

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

6、東華大學武培怡教授：自愈合彈性納米網增韌的抗疲勞人造離子皮膚

?挑戰：開發類似皮膚的魯棒傳感材料對于未來的人機界面和軟機器人非常重要，但是，在自愈性和抗疲勞性之間取得平衡是一項具有挑戰性的難題。

?方法：東華大學武培怡&孫勝童研究團隊模擬真實皮膚的自愈合納米纖維復合結構，將靜電紡高模量自愈合聚氨酯納米纖維網與另一自愈合低模量離子導電基質進行復合，獲得新型人造離子皮膚。

?創新點1：開發了一種具有極高耐疲勞性能（疲勞閾值，Γ0 ~2,950 J m-2）的新型自愈合離子皮膚材料，同時具有皮膚般的自愈性、柔軟性(模量約為1.8 MPa)、拉伸性(680%)和應變強化響應(強化至67.5 MPa)。

?創新點2：離子基質的離子電導率對濕度高度敏感，應變傳感靈敏度高達66.8，比之前報道的都高！該人造離子皮膚突出的傳感/機械特性（感覺、柔軟性、拉伸性、自我修復、應變硬化、抗疲勞）甚至超過人類皮膚。此外，混合離子皮膚具有透明、抗凍、環境穩定和粘性，進一步賦予其在各種傳感場景中的應用潛力。

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