低功率近红外LED驱动的MXene负载光热活性纳米纤维在生物医学应用中的研究

这篇研究创新性地将二维材料MXene与可生物降解聚合物PLCL和PEG通过静电纺丝技术结合，开发出具有高效光热转换性能的复合纳米纤维。通过低功率NIR-LED（0.3 W cm?2）激活，材料展现出浓度依赖的温度提升（最高ΔT=20°C）和优异循环稳定性，为无创光热治疗（PTT）和生物传感提供了安全、可规模化的解决方案。

　　

ABSTRACT

MXene与电纺聚合物的结合为多功能光热活性杂化纳米纤维提供了理想平台。研究采用生物可降解的PLCL和PEG聚合物基质，通过掺入不同重量比的Ti₃C₂T_x-MXene（1%-10%），在低功率NIR-LED（840 nm）照射下实现最高20°C的温升，且经过多次循环仍保持稳定性能。

1 Introduction

光热活性纳米纤维在生物医学领域潜力巨大，但传统高功率激光存在组织损伤风险。MXene作为新型二维材料，其表面修饰基团（-O/-OH/-F）和可调等离子体特性（70-1700 nm）使其成为NIR响应的理想候选。研究通过静电纺丝将MXene封装于PLCL/PEG基质，既解决MXene的聚集问题，又利用PLCL的生物降解性和PEG的亲水性提升材料性能。

2 Materials and Methods

Ti₃AlC₂ MAX相经HF蚀刻制备Ti₃C₂T_x，再通过LiCl插层法获得单层MXene胶体。采用8% PLCL与20 wt% PEG的HFIP溶液共混MXene（1%-10%），在15 kV电压下电纺成纤维。通过SEM、TGA、DSC和zeta电位系统表征材料特性，并采用840 nm LED（0.3 W cm^?2）评估光热性能。

3 Results and Discussion

SEM显示MXene的掺入使纤维颜色从白色渐变为深灰（图1），10% MXene样品出现纳米片聚集现象。电导率测试表明MXene浓度与溶液导电性呈正相关（1%→7.63 μS cm^?1）。接触角测试证实材料亲水性（PLCL 110°→MXene-10% 75°），符合Cassie-Baxter润湿模型。

TGA显示MXene提升了热稳定性，10%样品在700°C残留11.3%质量（图2）。DSC检测到PLCL/PEG的玻璃化转变温度（T_g≈17°C）和双熔融峰（PEG 60°C/PLCL 105°C）。光热实验中，10% MXene纤维在180秒内实现19.3°C温升，且四次循环后性能无衰减（图4），热量计算显示其效率是纯纤维的22倍。

4 Conclusion

该工作首次证明低功率LED可有效激活MXene-聚合物纳米纤维的光热效应。材料兼具生物相容性（PLCL/PEG）、可调加热性能（MXene浓度依赖）和操作安全性，为癌症温和热疗（<45°C）提供了新思路。未来需进一步开展细胞实验验证生物安全性。

亮点提炼

• 创新性采用NIR-LED替代高能激光，功率密度仅0.3 W cm^?2

• MXene浓度与ΔT线性相关（R²>0.98）

• 纤维基质有效缓解MXene的细胞毒性风险

• 快速响应时间（<3分钟）满足临床实时调控需求