澳门大学代云路教授、东华大学史向阳教授、山西医科大学张瑞平教授 Adv. Sci.: 先进的金属化纳米纤维在生物医学领域的应用

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纳米纤维是具有纳米直径和特定长度直径比的长线状材料。纳米纤维具有多孔网状结构，具有极高的比表面积，可进行化学修饰和装载药物。金属化纳米纤维是一种新型材料，它通过静电纺丝掺杂、化学修饰和负载方法将金属与纳米纤维结合在一起，从而提高了传统纳米纤维的性能属性。由于其独特的物理和化学性质，金属化纳米纤维是物理化学、材料科学和电池制备领域迅速发展的多样化材料。随着先进制备技术和材料生物相容性水平的提高，金属化纳米纤维凭借其优异的导热性、导电性和独特的金属特性，其应用正逐渐扩展到生物医学领域。

鉴于此，澳门大学代云路教授、东华大学史向阳教授、山西医科大学张瑞平教授合作，总结了金属化纳米纤维在生物医学中的应用。本综述建议以安全性和稳定性为主要材料选择准则，制备用于组织工程、药物输送、肿瘤治疗、伤口愈合和生物传感应用的金属化多功能纳米纤维。另外，综述也总结了生物医学应用纳米纤维的未来的研发方向。

纳米纤维的合成与改性

除了经典的电纺丝技术外，研究人员还探索了多种变体合成纳米纤维方式，包括多针、无针、共静电纺丝和同轴电纺丝方法。这些方法具有多种优势，而且都能合成金属化纳米纤维。较多的研究尝试将金属纳米粒子掺杂到电纺混合纳米纤维中，从而在纳米纤维中随机分布纳米粒子。这种方法使金属分布不均匀，而且过程不可控。其他的制备方式包括结合电纺丝方法的原位复合，以及结合纳米纤维表面金属的生长和合成的金属盐原位还原。

图1：金属化纳米纤维的设计、改性、表征及其在生物医学的应用示意图。

金属化纳米纤维复合材料的形态分类

金属化纳米纤维的应用是生物医学领域的一个新兴研究课题。研究人员设计并合成了具有不同形态的纳米纤维和纳米材料，以实现高度专业化的应用。根据纳米纤维的不同形态，建立了不同功能的纳米纤维，包括与纳米纤维结合的金属有机框架（MOFs）和金属多酚网络（MPNs）、形成不同水凝胶类似物的纳米纤维以及与纳米颗粒结合的纳米纤维。

表1：金属化纳米纤维的生物传感器设计方案

金属化纳米纤维作为具有优异性能的材料，在生物医学领域前景广阔，但仍存在一些局限性。因此，可以从以下几个方面考虑改进金属化纳米纤维的制备和应用。1) 金属纳米纤维的安全性不容忽视。由于涉及生物医学应用，研究人员选择的材料必须是无毒无害的，尤其要注意金属的副作用、代谢方式和可能的身体免疫反应。2) 必须进一步优化金属化纳米纤维的合成方法和多靶点的改性。在纳米纤维的表面改性过程中，可通过特定的官能团（羧基、氨基、酰胺、烷氧基、磺酸基等）对纳米纤维进行改性，从而拓宽金属化纳米纤维的应用领域。此外，随着人工智能的发展，制备过程可结合人工智能进行优化选择。3) 金属化纳米纤维材料的设计可在材料科学、纳米技术、药学和临床医学等多个领域得到提升。研究人员需要拓展应用领域，重点解决制药行业的实际问题。4) 临床转化一直是纳米材料面临的挑战。如何在工业化生产金属化纳米纤维的同时，确保其产品的稳定性、安全性和可控性，是研究人员需要攻克的一大难题。尽管存在这些缺点，但随着技术的进步和应用需求的增加，金属化纳米纤维仍具有广阔的应用前景。

原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202302044

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