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文章荐读 MATHI | 多流体电纺丝的发展及其生物应用

已有 1779 次阅读 2021-4-23 18:16 |个人分类:文章荐读|系统分类:论文交流

小编导读

静电纺丝是一种有效的“自上而下”的纳米纤维制造方法,由于其高效、通用、简单、低成本的制造优势,近几十年来已成为世界材料科学技术领域最重要的学术活动之一。静电纺丝制备的纳米纤维膜已被广泛应用于组织工程、伤口敷料、生物传感、生物医用、功能性纺织品等领域。然而,传统流体电纺只能制备均一结构纳米纤维,限制电纺工艺的外延应用拓展,具有复杂结构和多功能的纳米纤维正在引起越来越多的关注。近日,上海理工大学材料科学与工程学院余灯广教授团队和University College London 的Gareth R. Williams教授,以王梦龙博士为第一作者,在Materials Highlights期刊(eISSN:2666-4933)首卷首期发表了题为“The Development and Bio-applications of Multifluid Electrospinning”的论文,该文综述了同轴电纺、并列电纺和三轴电纺等多流体静电纺丝技术的发展及其应用,并对多流体电纺丝制备的复杂纳米结构进行了深刻讨论。多流体静电纺丝技术能够为纳米纤维内的成分、组成和成分的空间分布的调控提供机会,从而赋予电纺纳米产品更优异的功能性能。


内容提要


静电纺丝

静电纺丝基本装置由高压电源、输液泵、喷丝针头和收集装置四部分组成,如图1。聚合物溶液在输液泵作用下在针头末端形成液滴,一旦喷丝针头被施加电压,带电液滴将在表面张力、电荷排斥力和外部电场力的共同作用下发生变形,悬垂的液滴由初始的球面逐渐演变为锥面,称为泰勒锥。当外加电压持续加载,超越某一临界值时,电场力和电荷斥力将克服液滴表面张力,使得聚合物溶液在泰勒锥尖处被加速,从而形成喷射射流。当带电的射流进入电场后,直线射流由于Rayleigh Taylor不稳定性,出现快速鞭打和摆动。同时,溶剂迅速挥发,最终在接收装置上留下固化的纳米级纤维。

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1 静电纺丝过程及其影响因素

同轴/三轴电纺

同轴/三轴静电纺丝可用于制造芯壳纤维或中空纤维。芯鞘结构是自然界最广泛的、最基本的多室纳米结构,基于该结构衍生出各种各样的多级复杂纳米结构。

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2 同轴或三轴电纺制备的核壳和中空纤维

并列电纺

目前,文献中报道的用于制备Janus纳米纤维的纺丝装置有两种,一种是由并排排列的圆管组成,如图3B;另一种是小圆管内切一个较大的圆管组合而成,如图3AJanus电纺能够利用多种不同性能的材料组成单根纤维,以实现两种或三种相互独立的功能,如荧光和磁性、吸光性和亲水性,它们共同存在,却又不相互影响。Janus电纺与复杂结构喷丝装置结合可以产生多种可能性。

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图3 Janus电纺

生物应用

多流体静电纺丝技术,由于其单步制造复杂纳米结构的优势,已被应用于各种生物领域,包括药物释放、组织工程、生物传感器、伤口敷料、医疗学和功能纺织品等,并表现出良好的应用效果。

原文信息

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M.L. Wang, D.G. Yu, X.Y. Li, G.R. Wailliams, "The Development and Bio applications of Multifluid Electrospinning", Mater. Highlight.20201(1), DOI: 10.2991/mathi.k.200521.001.


作者简介

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余灯广,上海理工大学材料科学与工程学院研究员,博导,Materials Highlights期刊主编,主持国家自然科学基金面上项目、国家自然科学基金委员会与英国皇家学会合作交流项目、上海市自然科学基金、上海市教委科研创新重点项目、中国博士后基金第二批特别资助项目、中国博士后基金面上项目,以及与都柏林和香港等地高校合作项目10余项。发表各类论文230余篇,其中SCI收录150余篇,1%ESI高被引收录25篇,0.1%热点论文5篇,H-index目前为45


Gareth R. Williams

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Gareth R. Williams, University College London 药剂学研究部主任,副教授。生命科学学院教授课程的研究生导师,EPSRC CDT高级治疗和纳米药物领域联合主任,以及EPSRC&SFI CDT转化制药技术领域的联合主任。2017年入选英国皇家化学学会会士。

Gareth带领的研究组,主要聚焦药物输送和疫苗配制等一系列课题。对于使用通过电流体动力学方法制备的聚合物基纳米材料(颗粒和纤维)来提高疫苗、靶向药物的递送和治疗学的功效尤其感兴趣。Gareth在如WIREs Nanomedicine and Nanobiotechnology等多个期刊中担任编委,也是Chem. Mater., Nanoscale, Small, Angew. Chem. 等期刊多年的审稿人。

Meng-Long Wang

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王梦龙,上海理工大学材料科学与工程学院博士生在读。目前在导师余灯广教授的指导下开展新型电流体动力学技术及其应用研究。


期刊介绍

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Materials Highlights (ISSN: 2666-4933)是一本严格同行评审的国际开放获取期刊,由上海理工大学材料科学与工程学院研究员余灯光教授和University College LondonGareth R. Williams教授担任共同主编,来自五个国家的16位领域学术专家担任编委,其中来自中国的编委涵盖了浙江大学、北京林业大学、北京工业大学、哈尔滨工业大学、东华大学、南京林业大学、郑州大学、深圳大学、华中科技大学和青岛大学的研究团队。

本刊旨在为材料科学和工程广泛领域的最新研究报告、综述、评论和展望等提供一个更为快速开放的交流平台,重点在于揭示制备功能材料的新思路,以及材料性能(组成/结构/形状)和功能(生物医学、能源和环境应用)之间的关系。所有出版的文章,作者保留版权,读者永久免费下载、阅读。本刊目前不收取任何文章处理费用。欢迎各位专家关注和投稿!


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