朱美芳，侯恺，胡泽旭
1、生物医用纤维材料研究背景
1.1 生物医用纤维材料简介
生物医用纤维是一类用于人体医疗、健康和防护的纤维材料，能够起到健康防护以及治疗/辅助治疗疾病等作用，是日常生活和医疗保障体系的重要组成部分。生物医用纤维的发展最早可以追溯到古代人类在受伤部位裹上布条来帮助止血或固定伤口，到近代慢慢发展延伸出止血绷带、医用绷带和手术缝纫线等。自20世纪中期开始，随着近现代医疗技术的提高和材料科技的发展，不同功能和性能的生物医用纤维材料得到了有效的发展。目前，产业化生物医用纤维材料主要可分为四大类：（1）人造器官用生物医用纤维材料、（2）手术植入式生物医用纤维材料、（3）手术非植入式生物医用纤维材料、（4）日常医卫品用生物医用纤维材料。此外，随着基础研究与学科交叉不断地深入，具有传感、诊疗和组织再生功能的新一代生物医用纤维材料也正不断发展（图1-1, 图1-2）。
当前，在新冠肺炎（COVID-2019）疫情全球蔓延背景下, 生物医用纤维作为纤维材料的重要分支，引起了国际社会的极大关注：一方面，生物医用纤维应用于体外，能够保护人类不受有害真菌、细菌或病毒等病原体的侵害，从而有效避免或减缓公共卫生事件爆发，保障人民生命的健康安全；另一方面，生物医用纤维能够用于生命体病灶部位修复及更换，促进人体内外物质交换，是现代医学发展的重要基础材料，在临床医学中具有不可替代的作用。
1.2 生物医用纤维材料战略意义
近年来，随着材料科学发展及医疗需求方式的改变，生物医用纤维逐渐进入到前沿发展阶段，在介入医疗，如光遗传、血管栓塞治疗、植入式电子器件和脑机接口等领域展现出强劲的前沿发展势头，未来在实时、高效、智能的医疗防护中将起到至关重要的作用。因此，发展生物医用纤维前沿技术已成为当今国际社会争相布局的领域。在高端生物医用纤维材料研制中，以美国为主的发达国家和地区投入大量的资源，经过长期研发积累，形成了一系列高端产品。此次新冠疫情中，杜邦公司Tyvek面料用于高端防护服，自1967年面世，垄断该技术50余年，能提供给中国市场的产品数量十分有限。3M公司通过表面化学、纳米科学等一系列基础研究和技术积累，其所生产的口罩用熔喷非织造布的吸附与过滤效率远高于同行，是严格保密的核心技术，暴露出我国在生物医用纤维方面与国际先进水平的差距。此外，2016年4月美国国防部牵头建立的“革命性纤维和纺织品创新制造中心（Advanced Functional Fabrics of America）”将“感知与反应”纤维、仿生纤维、生物降解纤维等列为革命性织物和纤维（Revolutionary Fibers & Textiles）并大力发展；2018年11月,美国商务部产业安全局（BIS）提出 “针对关键技术和相关产品的出口管制框架方案”，将先进纤维、生物材料列入对美国国家安全至关重要的新兴技术。以上事例均说明，发达国家对于高端生物医用纤维已有全面的战略布局。因此，梳理生物医用纤维前沿应用范围，把握前沿生物医用纤维的技术发展趋势，争夺高新技术制高点，有利于国家在新一轮产业革命中占领生物医用纤维材料领域的制高点，具有重要的战略意义。2、生物医用纤维材料研究进展及前沿动态
当前，生物医用纤维材料的制备技术主要基于传统的湿法纺丝、熔融纺丝、静电纺丝等，但仅靠单一技术往往难以满足具有特殊功能或性能的生物医用纤维制备。而以常规纺丝技术为基础，在纤维成形阶段通过纳米杂化、外场耦合（应力场、温度场、磁场）等实现纤维组分及凝聚态结构调控，并在后道程序采用表面改性、涂覆等手段对纤维进行功能化后处理，能够实现生物医用纤维材料的功能与性能双提升。这一类生物医用纤维除了能够实现本征特性，例如个体防护（创面敷料、医用防护服、口罩等）、物质交换（中空纤维膜等）、组织修复（血管支架、缝合线等）等外，还能赋予生物医用纤维药物缓释、抗病原体、特异性选择、智能响应等功能特性，促进生物医用纤维性能、功能持续提升及其应用领域的不断扩展。本节聚焦生物医用纤维前沿发展，梳理并总结了该领域近5年内的研究成果，阐述了人造器官用、手术植入用、手术非植入用、日常医卫品用四大类生物医用纤维的前沿发展，对比了国内外的研究程度。并进一步面向生物信号传感、疾病诊疗、器官修复等前沿领域，对新一代生物医用纤维的基础研究成果进行了论述。2.1 四大类生物医用纤维技术发展现状
2.1.1 人造器官用医用纤维材料
人工肾（血液透析机）、人工肺（体外膜肺氧合ECMO）是一种能够替代部分肾、肺功能，解决或暂缓人体器官衰竭的体外物质交换设备，该类型设备的核心组件是中空纤维膜材料。以人工肾用中空纤维膜为例，操作过程需要将人体血液引出并导入透析设备，利用弥散、对流、超滤和吸附等机理，清除血液中的含氮化合物、新陈代谢产物等有害物质后，再重新注入人体，从而实现替代肾脏的功能。中空纤维膜除应具有优异生物相容性及机械强度以外，最本质的功能是具有高效的物质交换和有害物质截留的作用。为此，自1966年中空纤维透析器首次诞生以来，中空纤维膜经历了快速高效的发展，研究重点主要集中在中空纤维的致孔性和孔径分布，并积累了相对完善的解决方案，但是仍然存在一些亟待解决的问题，例如生物相容性、添加剂浸出等，影响透析设备的长期使用效果。为解决肾透析用中空纤维膜表面活性剂和致孔剂浸出问题，提高中空纤维膜的亲水性与生物相容性，国内外研究人员主要通过纤维表面改性或将致孔剂与基体共聚，降低其浸出率。荷兰特文特大学发展了一种无添加剂浸出的中空纤维制备方法，在聚醚砜中掺杂入N-乙烯吡咯烷酮和N-丁基甲基丙烯酸酯的无规共聚物，其中N-丁基甲基丙烯酸酯能够增加共聚体与基体聚醚砜的相容性，而N-乙烯吡咯烷酮能够增强材料与血液的亲和性，成功降低添加剂浸出率，并有效防止蛋白质和一些中等分子量大小的分子沉积在中空纤维膜表面。四川大学赵长生等人则采用自由基溶液聚合，将亲水单元吡咯烷酮与甲基丙烯酸甲酯共聚，同时引入抗菌性磺酸钠及肝素结构单元，制备了亲水抗菌的聚甲基丙烯酸甲酯-乙烯基吡咯烷酮-苯乙烯磺酸钠-丙烯酸钠类肝素共聚物，并将该共聚物与聚醚砜溶液共混制备得到了中空纤维膜。研究表明，由于甲基丙烯酸甲酯单元与聚醚砜具有优异的相容性，避免了亲水组分从中空纤维膜的浸出，并兼具优异的生物相容性、抗浸出性及抗菌特性，改性后的中空纤维膜对蛋白质的吸附降低，血小板粘附得到有效抑制，凝血时间延长，血液相容性明显提高。体外膜肺氧合ECMO的作用是模拟人体肺脏的功能，因此要求其所使用的中空纤维需要具备有效的气体交换功能和血液相容性。用于气体交换的中空纤维膜材料随着膜式氧合技术的逐渐成熟而快速发展，经历了中空纤维材料制备技术的开发、纤维膜组件的设计优化以及材料表面改性技术三大发展历程。目前研究的侧重点主要集中在通过化学气相沉积法、涂层法、酶固定法及射频辉光放电等方法对中空纤维表面改性，以达到提高性能的目的。例如，美国匹兹堡大学采用射频辉光放电进行材料表面活化，在聚4-甲基-1-戊烯（PMP）中空纤维膜表面引入了羟基，并活化接枝碳酸酐酶（CA），结果表明这些具有生物活性的PMP膜表现出108 mL/(min·m2)的二氧化碳去除率，与未修饰的PMP膜相比增加了36倍，表明CA有助于增强呼吸装置中二氧化碳交换效率和提高生物兼容性。此外，他们还进一步使用戊二醛交联的壳聚糖对碳酸酐酶进行包覆，以提高用于酶固定的反应性胺官能团的密度，提高固定化效果，二氧化碳的去除率与对照样品相比明显提高。而国内在表面改性技术的领域中，同样占有一席之地。例如中国西北大学宫永宽等人为了改善中空纤维材料的血液相容性，采用两亲性2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酰胆碱（MPC）与甲基丙烯酸3-（三甲氧基甲硅烷基）丙酯（TSMA）和/或甲基丙烯酸正丁酯（BMA）共聚物来模拟细胞膜外层的化学成分，随后将poly（MPC-co-BMA-co-TSMA）（PMBT）和poly（MPC-co-BMA）（PMB）涂覆在市售的聚丙烯（PP）中空纤维膜表面，结果表明PMBT改性后的中空纤维血液相容性明显改善。南京大学李磊等则通过等离子体表面活化的方法，在PMP中空纤维膜表面接枝MPC或肝素，改善了中空纤维表面纳米结构，其血液相容性和气体渗透通量得到极大改善。2.1.2 手术植入式生物医用纤维材料
手术植入式生物医用纤维材料主要特点是术后长期留存于体内，例如血管支架、手术缝合线、人工血管等，因此要求这类型纤维具有较高的力学强度与生物相容性。一般该类材料使用聚乳酸、聚酯、聚酰胺等纤维作为基础材料，通过编织及表面处理提高其力学性能及生物相容性。当前的研究方向已不仅局限于单纯的力学性能及生物相容性提升，而往往会结合一种或多种附加功能，例如可降解、抗菌、释药、抗凝血等，不但能够满足术后长期留存基本需求，还能够促进基体修复，提高治疗效果。以手术缝合线为例，印度科学与技术高级研究所以苎麻纤维为原料，开发了一种新型高效、生物相容性好的医用缝合材料，其拉伸性能、生物相容性和创面闭合效果与市场上的BMSF缝合线相当，并具有良好的生物相容性与天然抗菌性，对大肠杆菌、枯草芽孢杆菌和金黄色葡萄球菌具有明显的抗菌活性。韩国科学技术高等学院提出了一种基于纳米杂化的局部抗炎缝合线构筑策略，以聚（乳酸-甘醇酸）纳米颗粒包载抗炎药物双氯芬酸，并用巨噬细胞靶向配体甘露糖修饰，在商用Vicryl缝合线表面涂覆该功能性颗粒，可持续释放双氯芬酸，从而有效实现局部释药，促进伤口闭合。国内单位中，山东大学齐鲁医院邵凯等人采用酰化反应制备了一种新型单组分二乙酰甲壳素可吸收缝线，有效提高了壳聚糖基缝合线强度，并能够显著加快创面模型的创面愈合过程。在载药缝合线方面，太原理工大学刘淑强等人选择聚乙二醇（PGA）和聚己内酯（PCL）两种具有生物相容性的聚合物作为环丙沙星（CPFX）药物载体，随后将CPFX-PCL/PGA包覆在聚乳酸缝合线上。通过调节PCL/PGA的比例控制药物载体的降解率，从而调节CPEX药物从PLA缝合线释放的速率，能够保证CPFX药物在手术缝合操作时不受破坏，并实现创面愈合期内药物的缓释，提高创面愈合的速率。2.1.3 手术非植入式生物医用纤维材料
手术非植入式生物医用纤维材料主要用于制作伤口敷料，避免皮肤表面伤口受到外界环境的威胁，确保透气性，防止感染，促进伤口愈合。早期的敷料主要以无菌纱布和脱脂棉为主，主要起到干燥的作用，能够避免伤口的过度润湿，促进伤口修复。但是这类材料极易与伤口周围组织形成粘连，造成二次伤害。近年来，纳米纤维敷料成为研究热点，相比于传统敷料，新型纳米纤维敷料具有独特疏水性、透气性、抗病原体、药物缓释等特性，能够较好地保护伤口处组织免受外界环境污染，避免炎症，降低组织黏连，促进伤口恢复。敷料用纳米纤维应当具有优异的生物相容性、亲水性和可降解性，主要以天然聚合物（明胶、海藻酸钠、丝素蛋白等）及部分合成聚合物（聚乙烯醇、聚乳酸等）为主要原料。在此基础上，进一步通过功能化改性可制备功能性敷料，例如添加细胞生长因子或其它药物，在伤口处实现缓释，从而达到促进伤口愈合的目的。其制备难点主要是如何实现功能组分在纳米纤维基体中的均匀分布，保持基体的可纺性，并实现结构功能一体化。此外，如何保证纤维功能与性能在后处理过程中不受影响，也是研究重点之一。德国马克斯·普朗克聚合物研究所利用无机多孔材料及有机聚合物微球作为药物载体，并负载于纳米纤维中，制备了一系列光活性纤维膜、多组分纤维膜等，从而达到伤口敷料功能化的目的。美国内布拉斯加州医学中心、印度中央皮革研究所等单位采用静电纺丝构筑了皮芯、双层等具有等级结构的静电纺丝纳米纤维膜，通过调控不同结构单元中的组分，实现药物封装及伤口部位缓释。国内在此方面也有深厚的研究积累。相关研究除了完善纳米纤维的功能性以外，还注重纤维的结构与性能研究。其中，取向结构是静电纺丝纳米纤维的结构创新方向之一。四川大学华西口腔医院裴锡波等人利用高速旋转接收器得到了高度取向结构的静电纺纳米纤维膜，并负载他扎罗汀（能够促进血管再生的药物），不但能够在创口愈合过程中实现药物缓释，纤维的取向结构还能够促进内皮细胞沿纤维方向定向生长，促进皮肤血管再生。中国海洋大学陈西广等人开发了一种新型表面液体膨胀型壳聚糖纳米纤维。他们用N-丁二酸酐对壳聚糖纤维进行表面改性，并避免后处理过程对纳米纤维膜的破坏，所制备的纳米纤维膜表现出较好的吸水保湿能力和强抗菌活性，既能促进创面愈合，又能调节伤口浸润性，在医用创面敷料领域具有广阔的应用前景。西安交通大学雷波等人设计了一种具有类人体皮肤弹性的敷料，以聚柠檬酸为原料，通过复配聚ε-己内酯及聚左旋赖氨酸提高聚柠檬酸可纺性，通过调控三者之间的复配比例，利用静电纺丝技术制备得到了类生物体皮肤弹性的纳米纤维膜，具有优异的亲水性、力学性能和抗菌特性，可用于防止细菌感染和促进伤口愈合。2.1.4 日常医卫品用生物医用纤维材料
该类纤维主要包括抗病原体（真菌、细菌、病毒等）功能纤维、过滤用非织造布等，主要用于生产医用防护服、医用口罩等日常医疗保健卫生产品。新冠肺炎疫情的爆发，突显了突发性公共卫生事件对国家体系运转及人民生命健康的破坏作用。疫情暴发初期，我国口罩、防护服等防疫必需品严重短缺。经过政府、企业、科技各方共同努力，短时间内我国口罩、防护服生产能力得到了迅速提升，对疫情防控起到了极其重要的作用，也彰显了日常医卫用生物医用纤维材料的重要性。（1）抗病原体功能纤维：这类纤维主要以通用纤维为主，结合纳米杂化及纤维表面处理技术，所制备的纤维兼具优异的力学强度和抗病原体特性，主要用于医用纺织面料的制备，满足医用防护和生活防护需求。根据抗菌组分不同，目前这类纤维主要分为非金属基和金属基材料改性抗病原体纤维两大类。非金属基材料改性抗病原体纤维主要以有机抗菌剂、碳材料等作为抗病原体组分，通过纳米杂化或者接枝改性的方式与聚合物纤维基体复合。印度苏里尼大学采用漆酶生物接枝法在椰子纤维表面接枝丁香酚，研究发现接枝改性后的纤维呈现出优异的抗菌特性，以及更加稳定的疏水和热稳定性。国内苏州大学唐人成等通过简单的吸附作用，利用三种天然黄酮类化合物（黄芩苷、槲皮素和芦丁）对聚酰胺纤维进行抗氧化和抗菌改性。由于黄酮类化合物具有较好的抗菌和抗辐射能力，并且槲皮素与聚酰胺纤维间具有较高的亲和力，因此所制备得到的复合聚酰胺纤维的具有优异的抗氧化特性和抗菌活性。金属基材料改性抗病原体纤维主要通过将具有抗病原体本征特性的金属及其氧化物与聚合物纤维基体复合所获得。所使用的金属基材料包括金属单质（银纳米粒子、金纳米粒子等）以及金属氧化物（氧化亚铜、氧化锌、二氧化钛纳米粒子等）等。金属基纳米粒子能够抑制病毒侵入宿主细胞，并在细胞内产生活性氧或自由基，模拟细胞核形成免疫反应，从而抑制宿主细胞内的病毒增殖。国际上研究重点侧重于如何低成本、绿色环保地合成金属基抗病原体原材料。例如韩国仁荷大学校利用原位紫外光辅助合成纳米银颗粒，以水和果糖为绿色溶剂和交联剂，成功地制备了不同用量的纳米银掺杂明胶纤维，对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌均有显著的抗菌活性。国内台湾国立清华大学直接在商用碳纤维织物上生长碲纳米线，并且这些碲纳米线可以作为金纳米粒子沉积的模板和还原剂，构筑了金系抗菌碳纤维材料，有望在不久的将来成为抗菌服装产品。湖南科技大学蹇建等人则采用原位有机-无机法制备了具有光催化和抗菌活性的银盐/胶原纤维杂化复合材料，成功地在纤维表面包覆一层银纳米颗粒，表现出良好的抗菌活性、耐用性和可重复使用性。在工程化研究方面，东华大学王朝生等[23]通过溶胶法制备了Cu-ZnO纳米粒子，随后将其通过熔融共混与聚酯进行复合，通过熔融纺丝制备得到了具有优异抗菌特性的铜锌系抗菌聚酯纤维，并实现纳米粒子在纤维基体的稳定分散。（1）过滤用非织造布：这类纤维主要采用熔喷、针刺、水刺、静电纺等技术获得，通过调控非织造布的孔隙率与孔径分布，可有效截留空气中飞沫、尘埃、气溶胶、病原体等，是医用口罩、防护服的核心组成部分。但是传统非织造仅仅起到物理截滤作用，对于尺寸小于纤维孔径的污染物难以有效截留。此外，截留在非织造表面的病原体仍然具有非常高的生物活性，存在一定的传播危险性。针对上述问题，目前国内外普遍研究策略是赋予非织造电极性及抗病原体功能，从而起到多重防护，提高医护用品的安全性。驻极处理能够赋予非织造布电极性, 使得非织造布能够通过静电吸附，过滤带电微小颗粒，表现出高效低阻的过滤能力。在驻极材料工程化研究中，常用无机纳米颗粒（SiO2等）作为驻极体与聚合物基体复合制备非织造布。另一种策略是使用氟树脂作为驻极体或非织造布基体，均能够有效提高PM2.5过滤效率，并减小压降。这是由于氟原子的强电负性和低极化率本征特性决定的。基础研究方面，杭州电子科技大学的肖春平等研究了材料的电荷储存性能与晶相结构的相关性，发现α晶型比例大，电荷存储能力强。杭州电子科技大学的李飞探究了四氟乙烯、六氟丙烯和偏氟乙烯不同组分比对THV薄膜驻极体性能的影响。发现极化电场降至15 MV/m以下时，形成异号电荷驻极体，极化电场为11 MV/m驻极效果最佳。过滤用非织造布的抗病原体功能主要通过纳米复合技术，将抗菌剂（抗菌药物、光敏试剂以及功能性纳米粒子）与基体材料复合实现。例如韩国科学技术学院利用天然苦参草药提取物作为抗菌剂，以共混的方式制备了静电纺丝纳米纤维膜，能够截滤并有效杀灭病原体。美国加州大学戴维斯分校基于苯甲酮和多酚类光敏剂，以乙烯醇和乙烯共聚物为基体，通过静电纺丝法制备得到纳米纤维膜材料，能够在日光驱动下产生并存储活性氧，实现病原体截留与杀灭。国内这一领域的工作同样得到了一定的发展，例如台湾Chin-San Wu等人用黑水虻蚕蛹皮与几丁质混合研磨等处理后，利用静电纺丝技术制备得到具有优异抗菌特性的多孔纳米纤维。青岛大学夏延致等人以海藻酸钠为分散剂，葡萄糖为还原剂，利用海藻酸钠表面羟基和羧基稳定银纳米粒子，通过传统的静电纺丝技术，制备得到了具有优异抗菌性能的多孔纳米纤维。东华大学毛志平等人通过纳米杂化技术将Ag-AgBr@Bi20TiO32纳米粒子复合入聚丙烯基体，通过同轴静电纺丝技术制备得到了优异抗菌特性的纳米纤维膜。2.2 新一代生物医用纤维材料
生物医用纤维经历了若干年发展，基础研究和产业应用水平均得到了巨大提升。近年来，随着材料、信息、医疗等相关学科的发展，促进了生物医用纤维研究的学科融合，生物医用纤维逐步从防护、治疗等应用型材料，转变为人类健康管理的媒介。通过建立新型成纤技术，实现多类生物材料与智能材料的纤维化，构筑新一代生物医用纤维，并用于传感、诊疗、组织再生等，已成为生物医用纤维新的前沿方向。这一类新型生物医用纤维具有应用于脑机接口、组织修复、器官仿生、健康检测等领域的潜力，正在逐渐改变人类传统的生活及医疗方式。2.2.1传感诊疗一体化生物医用纤维
这一类生物医用纤维具有光、电等信号传输能力，兼具优异的可拉伸特性和生物相容性，有望替代传统的刚性光电子设备，既可与传统纤维混纺制备可穿戴的柔性传感器用于体外监护，也可用于植入式的柔性传感器，实现病灶处生物信号检测及诊疗一体化等，具有广阔的应用前景。 哈佛大学制备了一种高强度的双网络水凝胶弹性光纤，具有优异的回弹性，能够以光作为信号源探测纤维形变的变化，具有快速响应的特点。韩国国立釜山大学设计了导电可拉伸聚3，4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT：PSS）/水凝胶纤维，表现出对力学形变快速、准确的响应特性。这一类基于光、电信号的材料，在可植入式应变传感器方面有极大应用前景。美国哈佛医学院则开展了一系列生物医用纤维应用于生物诊疗领域，例如能够实时获取伤口pH信息的智能敷料与血糖监测光纤等。日本东京大学、美国宾夕法尼亚州立大学等也在新型光纤诊疗器件方面有前沿研究。国内在此方面也积累了一定的前沿研究成果，在纤维的结构设计方面表现出很好的创新性。中国科学技术大学马明明等受蜘蛛丝的启发，制备了具有仿蜘蛛丝结构的聚丙烯酸钠水凝胶纤维，具有优异的拉伸强度和韧性，并且兼具导电及抗冻性能，特别适合用于新一代的可拉伸电子设备。西安交通大学徐峰等受中国著名的传统食品拉面的启示，建立了一种高通量制备含细胞的水凝胶纤维方法，成功应用于具有特定结构和功能的3D仿生肌纤维构筑，在三维仿生力学领域具有巨大的潜力。深圳大学孔湉湉等利用蜘蛛仿生微流控组件制备的一系列3D打印高强水凝胶纤维，具有透明性、生物相容性和导电性，其微应变感应范围比掺杂导电纳米粒子的材料低几个数量级，为大面积穿戴电子产品和植入式医疗器械的应用领域带来机遇。东华大学游正伟等人提出了一种物理-化学共交联机制，通过湿法纺丝制备的水凝胶纤维具有优异的可拉伸和离子导电性，在干燥和低温环境下仍然可以保持稳定，在可穿戴电子设备、生物医学等应用领域具有广泛的应用前景。在功能设计方面，国内研究人员也构筑了一系列新型生物医用纤维材料，用于生物诊疗等。其中，东南大学赵远锦等人设计了一种具有双芯的皮芯结构微流体管道，以有机金属框架材料作为载体负载维生素等药物，并将其复合入水凝胶纤维的芯层，通过微流体纺丝法制备得到了具有药物、金属离子缓释功能的水凝胶纤维，能够起到释放药物促进伤口愈合、释放金属离子灭杀病原体的作用，在伤口愈合治疗领域具有广阔的应用前景。2.2.2 功能性组织修复/再生用生物医用纤维
纤维的另一大优势是能够仿生生物体纤维状组织，例如神经组织、血管组织和肌肉组织等，在纤维内载入干细胞并诱导其分化，能够仿生修复纤维状组织，在组织再生和修复领域具有重要的应用前景。韩国高丽大学开发了一种微流控芯片，能够制备包载L929成纤维细胞的蚕丝纤维，该纤维是一种新型的基于超细纤维的生物医学器件，在生物医学领域具有潜在应用价值。日本东京大学利用双同轴层流的微流控装置，在具有多级结构的仿生海藻酸钠纤维内诱导干细胞分化，实现了多种干细胞定向分化，大大促进纤维状组织在体外重建。进一步，这些纤维可以通过编织的方式组装成宏观具有不同空间结构的仿生组织，有望应用于在纤维状组织重建，对于肌肉、血管或神经修复具有重要意义。国内苏州大学李斌等提出了基于微流体一步制备复杂含细胞螺旋水凝胶微纤维的方法。通过改变微流控器件结构或调节流速，可以制备出多种复杂的螺旋纤维，包括多层螺旋结构、超螺旋结构、中空螺旋结构等，可以模拟血管的结构特征，在血管组织工程、药物筛选和生物致动器等领域有潜在的应用前景。东南大学赵元锦等人采用多通道微流体纺丝技术，制备了负载细胞的海藻酸钠微纤维。研究表明，利用这些具有生物活性的微纤维可以用于构筑一系列具有复杂三维结构的仿生组织体，包括人造血管等。四川大学范红松等则基于微流体技术制备了具有分层组织结构的含细胞微纤维，并进一步通过3D打印技术原位组装具有宏观尺度的仿生结构组织促进了目标组织显性功能的表达，可作为构建单元用于构筑更为复杂的组织体。第一篇 总论/ 001
第1章 我国新材料基础研究的现状、机遇与挑战/ 002
第二篇 前沿新材料/ 015
第2章 拓扑电子材料/ 016
第3章 六元环无机材料/ 036
第4章 有机光电功能半导体分子材料/ 064
第5章 梯度纳米结构材料/ 082
第6章 柔性超弹性铁电氧化物薄膜/ 098
第7章 集成电路用碳纳米管材料/ 113
第8章 新一代分离膜材料：二维材料膜/ 135
第9章 材料素化/ 154
第三篇 战略新材料/ 169
第10章 空间材料科学研究/ 170
第11章 生物医用纤维材料/ 194
第12章 钙钛矿发光、光伏及探测材料/ 211
第13章 新型超高强度钢及其强韧化设计/ 229
第14章 存储器芯片材料/ 247
第15章 先进半导体关键器件材料/ 278
第16章 热电能源材料/ 295
第17章 燃料电池氧还原催化关键材料/ 314
第四篇 基础创新能力提升/ 335
第18章 材料基因工程关键技术与应用/ 336
第19章 基于先进同步辐射光源的金属材料研究与创新平台建设/ 360
第20章 基于透射电镜的原位定量测试技术及应用/ 388