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微流控技术在能源、生物医用方面的重要研究进

生物医学    2021-09-18 16:51

导语部分  

微流控(Microfluidics)指的是使用微管道 (尺寸为数十到数百微米)处理或操纵微小流体的系统所涉及的科学和技术,是一门涉及化学、流体物理、微电子、新材料、生物学和生物医学工程的新兴交叉学科。它可以将生物、化学、医学等领域分析样品的过程,包括制备、反应、分离、检测等基本单元集成到一块微米尺度的芯片上,并且自动完成分析全过程。 以下内容梳理了近期关于微流控技术的研究进展,供大家交流学习。

  1. Adv. Electron. Mater.:微流控静电纺丝制备高强度纳米纤维用于长寿命量子点显示器

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    ➣南京工业大学陈苏教授、朱亮亮教授等人采用微流控静电纺丝的方法,通过poly(St-MMA-AA)单分散胶体纳米颗粒(NPs)和尼龙66(PA66)纺丝溶液在微通道限域空间内的反应和组装,再由高压电场拉伸成丝,从而得到具有独特的点线结构的异质NPs@PA66复合纳米纤维。

  2. ➣微流控诱导形成的独特的“纤维-颗粒-纤维”结构及纳米颗粒与尼龙66之间存在的氢键相互作用导致NPs@PA66纳米纤维机械强度的显著提高。 ➣NPs@PA66/QD纤维基显示器背光膜的理论寿命值高达6万小时,色域值达到了116% (NTSC标准),极大地提高了量子点显示器的效率和稳定性。 DOI: 10.1002/aelm.202000626

     

2. Ind. Eng. Chem. Res.:微流控芯片辅助静电纺丝制备ZrO2基催化纤维及其催化性能研究

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➣ZrO2基金属氧化物在多相催化中有着广泛的应用。对于多相催化而言,分散性是一项艰巨的挑战。

➣大连理工大学陶胜洋&中国科学院大连化学物理研究所张江威报道了一种利用微流控芯片辅助静电纺丝制备ZrO2基复合金属氧化物纤维的简便合成方法。 ➣所形成的纳米级纤维含均匀分布的不同氧化物。通过掺杂SiO2或MgO显著增加了ZrO2的酸性和碱性位点。这些纤维是负载氧化铁以进行Fenton反应的理想催化载体。铁元素高度均匀地分散在纤维上。

➣该催化剂可在45分钟内降解溶液中90%以上的500ppm染料,且循环使用后仍可保持较高的降解率。 DOI:10.1021/acs.iecr.0c04441

 

3. Small:轴承仿生超润滑球促关节修复

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➣上海交通大学医学院附属瑞金医院/上海市伤骨科研究所 崔文国教授、徐向阳主任和清华大学张洪玉副研究员开发了一种兼具超级润滑和长效释药性能的新型高效生物润滑剂,用于治疗骨关节炎。

➣该团队利用微流控技术和光化学交联反应,制备了高度分散、大小均一的可注射明胶基水凝胶微球,并通过一步仿生法表面接枝聚甲基磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯(pSBMA),开发了一种兼具超润滑特性和缓释载药性能的新型高效生物润滑剂。

➣pSBMA聚合物刷一方面通过在两性离子周围形成强大的水合层,实现增强的水合润滑特性和结构稳定性(抗降解)。另一方面聚合物表面涂层也提高了对装载药物(双氯芬酸钠)的缓释性能。

➣载药的超润滑水凝胶微球可以明显减少骨赘形成、抑制软骨退变和磨损,可以明显改善OA。

DOI: 10.1002/smll.202070238

 

4. Adv. Mater.:微流控气喷纺丝法大规模制备人造皮肤

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➣东部战区总医院王革非教授与南京工业大学陈苏教授联合课题组研制出一种新型凝胶-纳米纤维支架复合的人造皮肤材料。

➣利用微流控气喷纺丝法将可降解的纤维蛋白制备成支架纳米纤维材料,在此纳米纤维表面通过交联反应形成均匀的凝胶包裹纳米纤维基材,使纤维细胞可以在此基材上快速生长成为人造皮肤。

➣利用微流控气喷纺丝方法制备了超细纳米纤维(65 nm)、超大面积(140×40 cm2)的纤维蛋白原包裹的聚己内酯/丝素(PCL/SF)纳米纤维支架材料,以此构建的高比表面积的纳米纤维支架为基材,通过纤维蛋白原与凝血酶的纳米纤维表面原位凝胶化反应形成凝胶(壳)-纳米纤维(核)支架复合的人造皮肤材料。

➣人造皮肤被成功应用于大鼠腹腔开放后大面积腹壁缺损的活体实验中,在脏器保护和组织再生方面获得优异的效果。 DOI: 10.1002/adma.202000982

 

5. Angew. Chem. Int. Ed.:微流体静电纺丝法构筑新型硼-碳纳米纤维

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➣南京工业陈苏教授、武观副教授等人利用微流体静电纺丝技术制备各向异性的硼-碳异质纳米片(ABCNs)纤维织物电极。

➣该织物电极构筑的FSCs呈现出超高的储能性能(能量密度:167.05 mWh cm-3,体积比电容:534.5 F cm-3)。

➣通过调控纺丝液粘度、流速、通道尺寸等诸纺丝条件,构筑高机械柔性(断裂伸长率41.72%)和导电性能(15890 S m-1)的织物电极,为FSCs的可穿戴大形变供电应用提供了基础。

➣将FSCs与压力传感器集成到织物中,设计出可穿戴式储能-传感系统,该系统能实时稳定检测人体各种信号,例如手腕脉搏、心跳、手指、背部和颈部弯曲信号,为FSCs在可穿戴领域的实际应用提供新途径。

DOI: 10.1002/anie.202011523

 

6. Adv. Sci.:微流控3D打印技术制备立体超顺滑织物用于创面引流

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➣南京大学医学院赵远锦教授联合鼓楼医院整形烧伤科研究团队,设计了一种受猪笼草超滑结构启发的,基于微流控3D打印技术的立体超顺滑织物。

➣该织物实现了液体在三维空间、复杂维度内无损快速的运输,为提高创面引流效率提供了新的思路。

➣研究人员利用微流控技术连续制备了SLIPS聚氨酯微纤维,通过电镜表征可以看出微纤维的表面具有较为均匀的孔洞且内部孔洞相互连通。随后,利用微流控3D打印技术,研究人员制备了具有3D结构的聚氨酯超顺滑织物。

➣超顺滑织物结合负压封闭引流治疗显著改善了传统引流技术中存在的缺陷,进一步提高了创面引流的效率。

DOI: 10.1002/advs.202000789