北京航空航天大學(xué)、北京大學(xué)--?可擴展的超強MXene薄膜及其優(yōu)異的成骨性能

本研究創(chuàng)新性地結(jié)合卷對卷輔助刮刀涂布（RBC）與順序橋接工藝，開發(fā)出可規(guī)?；苽涞母咝阅躆Xene薄膜（S-SBM），在機械性能、功能集成及生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展。

‌1. 高性能制備策略‌
通過氫鍵（絲膠蛋白橋接）與離子橋協(xié)同作用，實現(xiàn)MXene納米片高度有序排列和致密層間結(jié)構(gòu)，顯著提升力學(xué)性能（拉伸強度755 MPa、韌性17.4 MJ m?³、楊氏模量32.9 GPa）和功能性（電導(dǎo)率8,458 S cm?¹，電磁屏蔽效能78,000 dB cm² g?¹），性能遠(yuǎn)超石墨烯等材料，為航空航天輕量化材料及柔性電子器件提供新選擇。
‌2. 環(huán)境穩(wěn)定性與光熱功能‌
致密結(jié)構(gòu)有效阻隔水氧滲透，提升薄膜抗氧化穩(wěn)定性。其近紅外光熱轉(zhuǎn)換效率達(dá)85%，10秒內(nèi)可升溫至80℃，兼具快速響應(yīng)和精準(zhǔn)控溫特性，為光熱治療和動態(tài)骨修復(fù)奠定技術(shù)基礎(chǔ)。
‌3. 生物醫(yī)學(xué)驗證‌
· ‌生物活性‌：體外實驗顯示，S-SBM薄膜顯著促進(jìn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（BMSCs）黏附、增殖及成骨分化（堿性磷酸酶活性提升3倍，鈣結(jié)節(jié)形成增加2.5倍）。
· ‌骨再生效能‌：大鼠顱骨缺損模型中，S-SBM組8周后骨體積占比（BV/TV）達(dá)78.3%，骨密度（BMD）1.32 g/cm³，較對照組提高約2倍，新生骨力學(xué)強度接近天然骨。
· ‌作用機制‌：通過清除活性氧/氮（ROS/RNS）、促進(jìn)M2型巨噬細(xì)胞極化及抑制炎癥因子釋放，協(xié)同激活BMP-2/Smad和Wnt/β-catenin成骨通路，構(gòu)建促修復(fù)微環(huán)境。
‌4. 技術(shù)普適性與應(yīng)用前景‌
“順序橋接-RBC”策略可擴展至石墨烯、二硫化鉬等二維材料，為高性能材料規(guī)?；a(chǎn)提供通用技術(shù)框架。S-SBM薄膜在生物醫(yī)學(xué)（智能骨修復(fù)支架）、柔性電子（高強可穿戴傳感器）及航天防護(hù)（輕量化抗氧化涂層）等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用潛力。
‌5. 未來方向‌
需進(jìn)一步研究：①長期植入的生物安全性與降解行為；②光熱參數(shù)與成骨效應(yīng)定量關(guān)系；③抗菌性能優(yōu)化；④連續(xù)化生產(chǎn)工藝開發(fā)。
本研究突破MXene材料性能瓶頸，通過跨學(xué)科策略推動多功能材料開發(fā)，兼具科學(xué)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)化價值。

‌圖1 | S-SBM薄膜的制備流程、結(jié)構(gòu)模型與性能。‌a.‌ MXene-SS溶膠經(jīng)連續(xù)組裝形成S-HBM薄膜，隨后通過Zn²?滲透獲得S-SBM薄膜。‌b.‌ 展示連續(xù)制備S-HBM薄膜的卷對卷輔助刮刀涂布（RBC）裝置。比例尺：20厘米。‌c.‌ 寬度為25厘米的S-SBM薄膜卷實物圖。比例尺：10厘米。‌d.‌ S-SBM薄膜制備過程中結(jié)構(gòu)演化的示意圖。‌e.‌ S-SBM薄膜（紅星）的拉伸強度、韌性及表面比屏蔽效能（SE）均超越已報道的純MXene薄膜（綠色三角）及其他MXene基材料。

‌圖2 | S-MXene與S-SBM薄膜的結(jié)構(gòu)表征及力學(xué)與電學(xué)性能。‌a,b.‌ 通過聚焦離子束切割的橫截面掃描電鏡圖像（左）及基于納米CT三維重建的孔隙結(jié)構(gòu)（右）：(a) S-MXene薄膜與(b) S-SBM薄膜。比例尺：1微米（a,b）。‌c.‌ S-MXene與S-SBM薄膜的孔隙率對比（n=3個獨立樣本）。‌d.‌ 濕態(tài)與干態(tài)下S-MXene和S-SBM薄膜的Herman取向因子（n=3個獨立樣本）。‌e.‌ S-MXene與S-SBM薄膜的代表性拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線。‌f.‌ 雷達(dá)圖對比S-SBM薄膜的拉伸強度、楊氏模量、韌性、應(yīng)變及表面比屏蔽效能（SE）與文獻(xiàn)中MXene基材料的性能極限。

圖3 | S-MXene與S-SBM薄膜的氧化穩(wěn)定性與光熱轉(zhuǎn)換性能。‌a.‌ 在100%相對濕度的潮濕空氣中，S-MXene與S-SBM薄膜的電導(dǎo)率保持率隨時間的變化。S-SBM薄膜的電導(dǎo)穩(wěn)定性顯著優(yōu)于S-MXene（10天后保持率>90%），表明其抗?jié)裱趸芰Ω鼜?zwnj;。‌b.‌ 2–18 GHz頻段內(nèi)薄膜的平均電磁干擾屏蔽效能（EMI SE）對比（n=3獨立樣本）：原始S-SBM薄膜的SE為‌78 dB‌，10天后僅下降2.3%，而S-MXene薄膜下降達(dá)15.7%‌。‌c.‌ 近紅外（NIR）光照強度200 mW cm?²下，薄膜溫度隨時間的變化：S-SBM薄膜在10天后仍能快速升溫至‌112°C‌（與初始狀態(tài)相差<5°C），光熱穩(wěn)定性優(yōu)于S-MXene（升溫能力下降22%）‌。‌d.‌ 不同NIR光強度（50–200 mW cm?²）下S-SBM薄膜的溫度響應(yīng)曲線及15秒時的紅外熱像圖（標(biāo)尺1 cm）：光強度與溫升呈線性關(guān)系（200 mW cm?²時15秒達(dá)‌85°C‌），驗證其光熱轉(zhuǎn)換效率可控性‌。‌e.‌ 200 mW cm?²循環(huán)開關(guān)輻照下，S-SBM薄膜溫度響應(yīng)曲線顯示：經(jīng)過5次循環(huán)后，峰值溫度波動<3%，表明材料具有優(yōu)異的光熱循環(huán)穩(wěn)定性。‌

圖4 | S-MXene與S-SBM薄膜的生物相容性及體內(nèi)骨再生性能。‌a.‌ 對照組、S-MXene組與S-SBM組中骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（BMSCs）培養(yǎng)1天后的細(xì)胞骨架熒光圖像（紅色：F-actin；藍(lán)色：細(xì)胞核）。比例尺：50微米。實驗獨立重復(fù)3次，結(jié)果一致。‌b.‌ BMSCs在對照組、S-MXene組與S-SBM組中培養(yǎng)1天和3天后的細(xì)胞存活率（n=4個生物學(xué)獨立樣本）。‌c.‌ 大鼠顱骨缺損區(qū)域修復(fù)8周后的三維重建微型計算機斷層掃描（micro-CT）圖像：S-SBM組顯示更完整的骨橋接（箭頭）與礦化結(jié)構(gòu)。‌d.‌ 骨體積分?jǐn)?shù)（BV/TV）與骨密度（BMD）定量分析（n=3個生物學(xué)獨立樣本）：S-SBM組的BV/TV較對照組提高‌2.1倍‌（p<0.01），BMD達(dá)到‌0.32 g/cm³‌（接近天然骨水平）。‌e.‌ 蘇木精-伊紅（H&E）染色顯示：SBM組缺損區(qū)新生骨組織（NB）占比達(dá)‌82%±3%‌，且無顯著炎癥反應(yīng)；S-MXene組可見局部纖維包裹（黃色虛線）。

圖5 | S-MXene與S-SBM薄膜對巨噬細(xì)胞的抗炎免疫調(diào)控作用及其介導(dǎo)BMSCs體外成骨效應(yīng)。‌a.‌ 對照組、S-MXene組與S-SBM組中巨噬細(xì)胞活性氧（ROS）的2′,7′-二氯二氫熒光素二乙酸酯（DCFH-DA）染色圖像（綠色：ROS；藍(lán)色：細(xì)胞核）。比例尺：50微米。‌定量結(jié)果‌：S-SBM組ROS熒光強度較對照組降低‌68%±5%‌（*p<0.01），顯著優(yōu)于S-MXene組（降低32%±4%，*p<0.05）。‌b.‌ 流式細(xì)胞術(shù)檢測巨噬細(xì)胞M2型標(biāo)志物CD206與M1型標(biāo)志物CD86的表達(dá)：S-SBM組M2/M1表型比值為‌3.7±0.2‌，較對照組（1.0±0.1）和S-MXene組（1.5±0.1）顯著提升（**p<0.001），表明其促進(jìn)巨噬細(xì)胞向抗炎M2型極化。‌c.‌ 酶聯(lián)免疫吸附試驗（ELISA）測定巨噬細(xì)胞分泌的細(xì)胞因子水平：‌抗炎因子‌：S-SBM組IL-10與IL-4濃度分別為‌285±12 pg/mL‌和‌167±9 pg/mL‌，較對照組提高2.8倍和3.1倍；‌促炎因子‌：TNF-α與IL-1β濃度較對照組下降‌82%±6%‌和‌75%±5%‌（##p<0.001），且顯著低于S-MXene組（下降45%±7%和38%±6%）。

轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號



您的稱呼 :
聯(lián)系電話 :
您的郵箱 :
咨詢內(nèi)容 :

日本熟妇人妻中出,亚洲精品久久久久中文字幕m男,国产亚洲欧美精品一区,久久国产热精品波多野结衣AV