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用于磁热疗的电纺 γ-Fe2O3/聚氨酯纳米纤维的电场辅助原位精确沉积

摘要

报道了一种原位精确制造由聚氨酯(PU)纳米纤维组成的磁性纤维膜的面部静电纺丝方法,该纳米纤维装饰有超顺磁性 γ-Fe2O3 纳米粒子,同时响应交变磁场(AMF)产生热量。在该方法中,锥形铝辅助电极用于调节静电场并影响静电纺丝过程,用于原位快速精确沉积静电纺γ-Fe2O3/PU纤维。辅助锥形电极可将前驱体溶液的射流稳定区扩展为无辅助电极的4倍,可实现对纤维沉积面积的精确控制。此外,在 AMF 下,电纺复合纤维膜在 70 秒内从室温快速升高到 43°C,与没有辅助电极辅助制造的样品相比,其显示出更快的加热速率和更高的加热温度。目前的结果表明,在辅助锥形电极的帮助下原位精确静电纺丝具有作为制备磁性复合纤维的操作方法以及癌症治疗的磁热疗的潜力。

背景

热疗是继传统治疗肿瘤之后的另一种有效治疗方法,可用于多模式策略,因为它可以协同增强化疗、放疗和免疫治疗的抗肿瘤作用[1,2,3]。使用热疗作为癌症治疗措施的机制是癌细胞对 41 至 45°C 的敏感度,与健康细胞相反 [4, 5]。尽管已经进行了许多靶向策略,例如磁性靶向和分子靶向 [6, 7],但磁性纳米粒子在癌症诊断和治疗中的应用仍然受到定向不良的限制。如果将磁性颗粒直接注射到体内,它们会被网状内皮系统迅速清除,并富集在某些器官,如肾、肝和脾脏,而不是肿瘤部位[8]。此外,磁性纳米粒子被局部注射到肿瘤组织中,由于它们的尺寸小,它们更喜欢从肿瘤部位渗出[9]。所有这些情况都降低了磁性纳米颗粒的热疗功效。与磁性纳米粒子热疗相比,磁性复合纤维的主要优势是将氧化铁纳米粒子(INOPs)精确局部递送至癌细胞,是一种理想的易触及肿瘤的热疗方法。

在许多报告中,复合纳米纤维膜是由聚合物溶液制备的,该溶液含有之前合成的磁性纳米粒子的分散体,用于热疗 [10,11,12,13]。然而,它们都有一些明显的缺点。例如,先前制备的纳米纤维难以在肿瘤组织表面形成均匀连续的涂层,容易脱落,直接不利于紧密密封,进而导致复杂肿瘤组织的不足。 .因此,原位精确静电纺丝到肿瘤组织上不仅可以防止磁热疗过程中复合纤维膜的剥落,而且可以增加肿瘤组织均匀加热的机会。

原位静电纺丝需要精确控制在特定肿瘤组织上的沉积范围,可以避免造成严重的组织粘连,尤其是在腹腔内[14]。许多研究人员报道,原位精密静电纺丝可应用于医学领域[15]。最近的研究表明,使用气流导向的原位静电纺丝装置可以增强超薄聚合物纤维在伤口部位的精确沉积 [16]。然而,气流导向原位静电纺丝装置与传统静电纺丝装置相比,需要额外增加一个气泵、一个额外的自制带喷丝头手柄等气流辅助装置,并且需要协调气流和速度和电压之间的关系,这使得设备的操作变得复杂。磁场辅助静电纺丝也是制备有序电纺纤维和控制电纺纤维沉积范围的有效方法[17]。包含足够磁性颗粒的大分子聚合物可以对聚合物溶液产生足够的磁化率。杨等人。 [18] 报道了一种通过称为磁静电纺丝 (MES) 的方法制造排列良好的阵列和多层网格的方法。在 MES 中,添加少量磁性纳米粒子以磁化聚合物溶液。在静电纺丝过程中施加由两个平行放置的永磁体产生的磁场,磁场将纤维拉伸穿过间隙形成平行阵列。但是,磁场辅助静电纺丝只能用于磁性纤维的制备,对非磁性纤维的纺丝工艺没有影响。相比之下,在原位精密静电纺丝中使用辅助电极来实现磁性复合纤维膜是一种更简单、有效和通用的方法。

在这里,我们开发了一种通过便携式静电纺丝器原位精确沉积嵌入 γ-Fe2O3 NPs 的复合纤维膜,该静电纺丝器在纺丝头位置增加了一个锥形铝辅助电极,以调节磁性复合纤维的沉积方向和范围。本研究旨在探讨辅助电极对可能改变形貌和性能的磁性复合纤维膜的影响。与传统方法相比,该技术可以非常快速、精确地将纳米结构纤维沉积在复杂的、不规则的肿瘤组织上,形成连续、紧凑、柔韧且具有优异完整性的膜,作为将肿瘤区域局部加热至所需温度的强大来源不会使周围的健康组织过热,并防止可能的肿瘤生长或增强化学疗法、放射疗法和免疫疗法的抗肿瘤作用。体外研究表明,电纺γ-Fe2O3/PU磁性纤维膜具有优异的磁介导热疗疗效。此外,γ-Fe2O3/PU复合纤维膜的热稳定性也通过反复磁场激发得到证实。

方法/实验

材料

γ-Fe2O3 纳米粒子(γ-Fe2O3 NPs, 10 nm, phere, 99.5%, Shanghai Macklin Biochemical Co., Ltd. China),高分子量聚醚级聚氨酯颗粒(PU,WHT-8170,烟台万华聚氨酯有限公司) ., 中国)和 N ,N -二甲基甲酰胺(DMF ≥ 99.5%, Pharm Chemical Reagent Co, Ltd., China)按原样使用,无需进一步纯化。

电纺γ-Fe2O3/PU磁性纳米纤维的制备

为了将 γ-Fe2O3 NPs 分散在 DMF 中,将 0.54-g 纳米粉末添加到 2.5-g DMF 中,然后将混合物在锥形瓶中暴露于超声波 4 小时。通过将 1.8-g PU 颗粒溶解在 7.5-g DMF 溶剂中并在 40°C 下搅拌来制备纯聚氨酯溶液。然后,将 PU 溶液倒入 γ-Fe2O3 NPs 分散体中,用自制的机械搅拌器剧烈搅拌 30 分钟。最后,在静电纺丝前,溶液混合物在 50°C 下通过超声处理进一步分散 2​​4 小时。

在静电纺丝过程中,我们采用了便携式静电纺丝机来实现磁性纤维的制造。如图 1a 所示,便携式静电纺纱机有一个枪形的手持纺纱装置。如纺丝头放大图所示,底部直径为4 cm的锥形辅助电极固定在喷丝头上,可以控制和调节静电场,使纤维快速沉积到理想厚度。该静电纺丝装置使用 5 毫升塑料注射器 (Becton Dichinson),其上连接有内径为 0.7 毫米的针尖。将静电纺丝前体溶液装入注射器并由装置的注射泵挤压。静电纺丝是在 10~ 15 kV 之间变化的施加电压下进行的,顶点到收集器的距离为 10 cm,进料速率为 33 μL/min。收集器可以是铝箔、皮肤甚至肿瘤组织的表面。在静电场力的作用下,被注射泵挤压的静电纺前驱体溶液被拉伸,在空气中裂解成纳米纤维,最终沉积在收集器表面。经过 5、10、15 和 20 分钟的不同纺丝时间,得到不同厚度的磁性纤维膜,分别表示为 γ-Fe2O3/PU-A5、γ-Fe2O3/PU-A10、γ-Fe2O3/PU-A15 , 和 γ-Fe2O3/PU-A20,分别。此外,γ-Fe2O3/PU复合纤维膜也在相同的静电纺丝时间和条件下制备,但在静电纺丝过程中没有辅助电极,分别表示为γ-Fe2O3/PU-5、γ-Fe2O3/PU-10、γ-分别为 Fe2O3/PU-15 和 γ-Fe2O3/PU-20。所有程序均按照美国国立卫生研究院实验室动物使用指南进行,并经大学校长动物研究委员会批准。

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便携式静电纺丝装置及辅助电极示意图。 b 场发生器、线圈和记录温度的数据采集系统示意图

特征化

通过扫描电子显微镜(SEM,TM-1000,Hitachi)测定γ-Fe2O3/PU复合纳米纤维膜的表面形态结构和直径。使用透射电子显微镜(TEM,JEM-200EX)表征磁性颗粒的尺寸和分布。 X 射线粉末衍射(XRD,RINT2000 广角测角仪)分析使用日本理学 X 射线衍射仪进行。通过使用傅里叶变换红外(FTIR)光谱仪(Thermo Scientific Nicolet iN10)测定纳米纤维膜的化学成分和分子结构。在氮气流保护下,以 10°C/min 的加热速率从 30°C 到 600°C 进行组合物膜的热重分析 (TGA)。 γ-Fe2O3/PU 的磁性能通过振动样品磁强计(VSM,Quantum Design Corporation)从 - 15,000 到 15,000 Oe 测量。

磁加热实验

用于感应热处理的励磁 AMF 由额定功率为 3 kW 的交流磁场发生器(SP-04AC 深圳市双平电源科技有限公司)产生,水冷感应线圈由铜制成,具有两个调谐线圈和 30 毫米的内径(图 1b)。 AMF 发生器的最大磁场强度和磁场频率分别为 12.5 Oe 和 153 kHz。圆柱形纤维膜放置在铜线圈的中心[19, 20]。为测量纤维膜的加热特性,将红外测温仪固定在纤维膜上,实时记录纳米纤维膜的温度变化。

结果与讨论

通过原位静电纺丝进行精确沉积

对使用和不使用辅助电极的静电纺丝的沉积范围进行了比较。如图 2 所示,在相同的外部条件(温度、电压、距离、湿度、纺丝速度、纺丝前体液、纺丝针直径等)下,使用辅助电极制备的纤维膜的沉积范围(直径1.8 厘米)明显小于不使用辅助电极的电纺纤维(直径 4.6 厘米)。在传统的静电纺丝工艺中,纺丝前体流体在空气中分裂、鞭打和拉伸,形成微/纳米级纤维,最后沉积在收集器上形成无纺布膜[21]。但在纺丝射流不稳定区域,射流呈锥形空间分布,增大了纤维的沉积范围,降低了纤维沉积的精度。当用辅助电极修饰时,纺丝前驱体射流的分裂和鞭打受到抑制,射流稳定区域的范围变大,并在非常窄的通道内波动。如图 2a、b 所示,在没有辅助电极的帮助下,前体溶液的射流稳定区为 0.96 cm。并且在辅助电极的帮助下,前驱体溶液的射流稳定区扩大了 4 cm,是没有辅助电极时的四倍。在相同的纺丝距离下,稳定区的延伸有助于减小纺丝沉积范围,实现原位精密纺丝。如图 2c、d 所示,在没有和借助辅助电极的情况下制备的复合纤维膜的沉积范围是圆形区域,其直径分别为 4.6 和 1.8 厘米。结果表明,辅助电极可以有效地减小静电纺丝过程中的沉积范围。图 2e 显示了电纺纤维膜的厚度随时间的趋势。在辅助电极的帮助下,可以实现快速静电纺丝,30分钟后,沉积的复合膜的厚度比其他静电纺丝方法制备的膜厚约四倍。可见,在辅助电极的介导下,静电纺丝射流具有更精确的沉积范围,并且可以在短时间内形成一定厚度的纤维膜,这对于原位精密纺丝的实现和实现具有重要意义。后续磁热热实验中的快速静电纺丝。

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在稳定区a静电纺丝射流的高速相机照片 没有和 b 与辅助电极。原位沉积电纺纤维膜的光学照片c 没有和 d 与辅助电极。 e 电纺纤维膜原位制备的沉积厚度随时间变化曲线

形态、结构和磁性特性

PU 纤维膜和有/无辅助电极制备的复合膜的 SEM 图像如图 3 所示。从图 3a、e、b 和 f 中可以明显看出,亚微米尺寸、高使用和不使用辅助电极制备的孔隙率和随机有序取向都是相对无珠且光滑的互锁纤维基质。根据插入在 SEM 图像左上角的统计分析,以两种不同方式制备的 PU 纤维膜的直径范围分别为 700-1900 nm 和 1100-2300 nm,平均纤维它们的直径分别约为 1390 和 1670 nm。显然,用辅助电极制备的PU纤维膜的纤维直径比其他的稍粗,这可能是由于辅助电极对静电场的限制。辅助电极的加入限制了电场并进一步限制了纺成纤维的搅打和伸长,使得纺成的纤维比不添加辅助电极的方式制造的纤维更粗。如图 3c、g、d 和 h 所示,γ-Fe2O3 NPs 的添加略微改变了纤维的表面形态和直径,但与 PU 相比并没有改变复合纤维膜的几何形状和多孔结构.加入 γ-Fe2O3 NPs 后,纤维直径减小到 850 nm,纤维表面粗糙度增加,这可能是由于 γ-Fe2O3 NPs 分散在 PU 纤维中/上,因为它们的高表面积体积比 [22]。然而,使用辅助电极制备的复合纤维膜变得不那么光滑(图 3d)。因此,除磁性粒子的作用外,静电纺丝过程中辅助电极的加入抑制了纤维的搅打,溶剂挥发不完全,使纤维表面变得粗糙。添加γ-Fe2O3纳米粒子后,除了纳米纤维的微观形貌发生变化外,复合纳米纤维膜的颜色也由白色变为浅褐色,多次洗涤后颜色保持不变。

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制备的纯PU纤维膜的SEM图像a , e 没有和 b , f 使用辅助电极。 γ-Fe2O3/PU复合纤维膜的制备c , g 没有和 d , h 使用辅助电极(插图显示电纺纤维膜的直径分布)

为了进一步表征掺入磁性膜中的γ-Fe2O3 NPs的分散性,我们详细分析了复合纤维膜的TEM图像。从图 4 中可以看出,γ-Fe2O3 NPs 分散良好,大部分被牢固地包裹在纳米纤维内部,因此在用作磁热疗的基材时防止了它们可能的泄漏和迁移。 γ-Fe2O3 NPs在纤维中分散性好,无团聚,这意味着辅助电极不会干扰磁性颗粒的均匀分布。

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辅助电极制备γ-Fe2O3/PU复合纤维膜的TEM图

图 5A 显示了纯 PU 纤维膜、γ-Fe2O3 磁性纳米粒子和电纺 γ-Fe2O3/PU 复合纤维膜的 XRD 谱。发现电纺γ-Fe2O3/PU复合纳米纤维膜和纯PU纤维膜的XRD谱显示出一个宽峰,这是低结晶材料的典型标志。该结果证明所制备的PU纤维膜具有低结晶度。然而,复合膜的一些新峰的位置和相对强度与标准衍射卡JCPDS 39-1346一致,分别对应于(220)、(311)、(400)、(511)和(440) ) γ-Fe2O3 磁性纳米粒子的特征峰。与γ-Fe2O3 NPs相比,复合纤维膜衍射峰强度的显着降低可能是由于γ-Fe2O3 NPs与PU纤维膜之间的物理结合没有发生化学反应。

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PU纳米纤维、γ-Fe2O3/PU复合纤维膜和γ-Fe2O3纳米颗粒的XRD图谱。 b (a的FTIR光谱 ) γ-Fe2O3 NPs, (b ) PU 电纺纤维膜,和 (c )磁性复合纤维膜

为了确定复合纤维膜的分子结构,在 400–4000 cm -1 的光谱范围内分析了样品的傅里叶变换红外 (FTIR) 光谱 (图 5B)。主要谱带分配列于表 1。图 5B 中的曲线 a 呈现在 3347 cm -1 附近观察到的弱而宽的吸收峰 ,对应于由于 γ-Fe2O3 NPs 中的吸湿而导致的 H2O 的 O-H 伸缩振动。此外,在 557 cm −1 处有一个强带 可以指定为 Fe-O 键的振动频率。如图 5B 中的曲线 b 所示,电纺 PU 膜在 3328 cm -1 处的强吸收带 可归因于 N-H 拉伸; 2919 cm −1 处的波段 分配给 PU 中 C-H 键的伸缩振动; 1704、1729、1529、1073 和 771 cm −1 处的波段 分别来自 C-H 不对称弯曲振动、>C=H 伸缩振动、酰胺 II 带、C-O 伸缩和 CH2 摇摆 [23,24,25]。另一方面,相比之下,图 5B 中的曲线 c 显示了当嵌入 γ-Fe2O3 NPs 时,复合纤维膜的 FTIR 光谱没有明显变化的现象。例如,Fe-O 键的特征峰也出现在 557 cm -1 没有明显的光谱偏移。然而,我们观察到在 1073 cm -1 处有轻微的偏移 在复合纤维膜中,这意味着PU和γ-Fe2O3 NPs之间的氢键增加[26]。

γ-Fe2O3 NPs 和有/无辅助电极制备的复合纤维膜的磁化曲线,通过 VSM 在 300 K 下测量,都显示出典型的超顺磁行为,没有明显的磁滞回线,磁化值为 58.3、10.7 和 10.0 emu /g 分别为 15,000 Oe,这表明所有样品都具有超顺磁性(图 6A)[5, 27]。在 15,000 Oe 时,两种复合纤维膜的磁化值与 γ-​​Fe2O3 NPs 相比明显降低,可以归因于含有磁性纳米粒子的非磁性 PU 的存在以及复合纤维膜中磁性纳米粒子的不均匀分布[28, 29]。然而,使用不同电极制备的两种复合纤维膜的磁化值与通过 γ-Fe2O3 NPs 的掺杂比计算的理论值存在偏差。 γ-Fe2O3 NPs 掺入复合纤维膜的数量可以使用以下公式估算:

$$ \mathrm{Doping}\ \mathrm{ratio}\ \mathrm{of}\ \upgamma -{\mathrm{Fe}}_2{\mathrm{O}}_3\ \mathrm{nanoparticles}=\kern0.5em \mathrm{Mb}/\mathrm{Ma}\times 100\% $$ (1) <图片>

(a 的场相关磁化曲线 ) γ-Fe2O3 NPs 和γ-Fe2O3/PU 复合纤维膜的制备 (b ) 和 (c ) 在室温下不使用辅助电极。 b (a的热重曲线 ) γ-Fe2O3 NPs, γ-Fe2O3/PU 复合纤维膜的制备 (b ) 和 (c ) 不使用辅助电极,和 (d ) 纯PU电纺纤维膜

其中,Ma、Mb 分别是纯 γ-Fe2O3 纳米粒子和复合纳米纤维膜在 15,000 Oe 下的磁化值。根据方程。 (1),在有/无辅助电极制备的复合膜中,实际掺杂比例约为18.3%和17.1%。除了 PU 和磁性纳米粒子在复合纤维膜中的分布的影响外,静电纺丝过程中 γ-Fe2O3 NPs 的沉淀也对磁化值起着关键作用。 γ-Fe2O3 NPs掺杂比的精确测量可以通过热重分析(TGA)进一步进行。

为了确认 γ-Fe2O3 NPs 的重量比和复合纤维膜的热稳定性,进行了 TGA(图 6B)。如图 6B 中的曲线 a 所示,γ-Fe2O3 NPs 的质量不会随着温度的升高而显着降低。复合纤维膜的初始热分解温度(~ 260℃)低于纯PU纤维膜(~ 305℃),完全满足磁热处理复合纤维膜对热稳定性的要求(图 6B 中的曲线 b、c 和 d)。然后在 305 到 425°C 的温度范围内,PU 纤维膜显示出稳定的降解(图 6B 中的曲线)。当温度达到500°C时,与复合纤维膜相比,PU纤维膜没有明显的残余重量。从复合纤维膜的残留率可以推断,复合膜中掺杂的γ-Fe2O3 NPs分别为19.1wt%和20.4wt%,这与VSM的估计结果相对应。比较有/无辅助电极制备的复合纤维膜的残余重量比,很明显,辅助电极的加入不影响复合纤维膜中磁性颗粒的掺杂量。嵌入的γ-Fe2O3 NPs的这种小偏差可归因于静电纺丝过程。

体外热疗测量

磁性纳米粒子热疗利用超顺磁性γ-Fe2O3 NPs 在高频AMF 作用下产生热量的能力[30]。 γ-Fe2O3 NPs 在AMF 下的损失机制应分别考虑γ-Fe2O3 NPs 是分散还是聚集。虽然聚集的γ-Fe2O3 NPs 的发热是由滞后损失和分子间相互作用决定的[31],分散的γ-Fe2O3 NPs 是由Brown 和Néel 的弛豫给出的[32]。并且γ-Fe2O3 NPs结合并固定在纤维内部,因此可以排除γ-Fe2O3 NPs的自由旋转,并且布朗弛豫对AMF下发生的磁加热没有贡献。对于嵌入的磁性纳米粒子,只有磁滞损耗和 Neel 弛豫对磁反转损耗加热产生关键影响。由于混合相的复杂磁相互作用和复合纤维膜的结构、局部聚集和部分分散,聚合物纤维中掺杂的 γ-Fe2O3 NPs 的实际 AMF 依赖性发热特性不易估计。 γ-Fe2O3 NPs [33]。因此,纤维垫中分散和聚集的 γ-Fe2O3 NPs 的混合结构的实际 AMF 依赖性发热特性可以通过实验热行为来正确评估。因此,通过将复合纤维膜暴露于 AMF 来实现磁转换效应。图 7 展示了纯 PU 纤维膜和不同磁性复合纤维的随时间变化的加热曲线。如图 7a 所示,对于 γ-Fe2O3/PU-A230/γ-PU-Fe2O3,/γ-PU-γ-Fe2O3,温度升高分别为 10.5 ± 0.4、16.2 ± 0.3、19.1 ± 0.5 和 24.4 ± 0.3°C分别为 PU-A15 和 γ-Fe2O3/PU-A20 复合纤维膜。在图 7b 中,对应于未添加辅助电极制备的复合膜,γ-52O3 的温升分别为 4.2 ± 0.3、5.1 ± 0.2、6.7 ± 0.4 和 9.3 ± 0.2°C。 、γ-Fe2O3/PU-10、γ-Fe2O3/PU-15、γ-Fe2O3/PU-20复合膜。观察到所有磁性复合纤维的加热温度随着时间的增加而迅速升高,并在检验期末出现最终达到并基本保持平衡。此外,随着制备磁性复合纤维膜的时间增加,两种不同方法制备的复合纤维膜的加热速率和加热温度均出现逐渐增加,其中 γ-Fe2O3 NPs 的存在由 XRD 证实衍射和形态分析。然而,在相同的制备时间,辅助电极制备的复合纤维膜的加热速度更快,稳定温度高于其他的。例如,通过辅助电极静电纺丝15分钟得到的复合纤维膜的升温速率为0.42°C/s,平衡温度为44.3°C。此外,如果需要具有相同加热容量的纤维膜,则需要借助辅助电极纺丝20分钟,这意味着添加辅助电极可以显着提高纺丝效率,充分利用纺丝前体。结果清楚地表明,与不借助辅助电极获得的复合膜相比,加热速率和温升上限均显着提高。相比之下,纯PU纳米纤维膜在相同条件下表现出轻微的温度变化,这可能是由于测量误差和环境温度的影响。

Temperature (T)-time (t) profiles for the electrospun fiber membranes prepared by in situ electrospinning ab without the use of an auxiliary electrode for 5, 10, 15, and 20 min upon the application of AMF

In the case of cancer therapy, the high- and low-temperature cycle of hyperthermia treatment is preferred along with other hyperthermia modes due to the chance of tumor metastasis, which means it is necessary for composite fibrous membranes to possess a uniform cyclic profile with a constant temperature rise during the heating process [34]. To test the heat stability of γ-Fe2O3/PU composite fibrous membranes, γ-Fe2O3/PU-A15 membranes were exposed to AMF for different cycles. As shown in Fig. 8, no obvious change in the elevated temperature profiles was observed during the three cycles of AMF effect, which indicated that the γ-Fe2O3/PU composite fibrous membranes could efficiently and rapidly convert AMF energy into thermal energy. More importantly, significant superiority of the composite fibrous membranes for cancer hyperthermia treatment was their capability for repeatable heating without damaging the heating efficiency.

Cyclic heating profile of the electrospun fiber membranes prepared by in situ electrospinning

As mentioned above, the portable electrospinning device with the aid of an auxiliary electrode can quickly and precisely deposit the electrospun fiber membrane on the collecting pole in situ, which is in favor of the close contact between the prepared electrospun fiber membrane and the affected area, and improves the heating efficiency of the magnetocaloric therapy. Moreover, the thermotherapy fibers containing chemotherapeutic drugs can also be prepared in situ on the tumor tissue, which is beneficial to the synergistic effect of the drug and hyperthermia. As shown in Fig. 9, the electrospun fiber membrane can be prepared in situ on the surface of a hand. As can be found in Fig. 9a, a thin PU composite fibrous membrane is formed on the surface of the hand by a portable electrostatic spinner without an auxiliary electrode. Figure 9b shows that a tightly bonded, precisely deposited magnetic fibrous membrane is fabricated on the scar of the hand, which just like a second layer of skin due to the electrostatic attraction force. The mark has been completely covered by the magnetic fibrous membrane, while other skin tissue is not affected, which means a good versatility of the in situ preparation of magnetic fiber membranes under the assist of an auxiliary electrode.

Schematic of in situ electrospun magnetic fibrous membrane on the surface of hand a without an auxiliary electrode and b with an auxiliary electrode

结论

In summary, a magnetic composite nanofiber membrane was fabricated in situ using a portable electrospinning device with the aid of an auxiliary electrode. In the electrospinning process, the addition of the auxiliary electrode prolongs the stable area of the electrospinning and reduces the fiber whipping, thereby reducing the deposition range of the fiber and accelerating the fiber deposition rate. For electrospinning techniques, the application of conical auxiliary electrodes to precisely control the deposition area is suitable for most electrospinning materials. Moreover, the microstructure (diameter, surface morphology) of the electrospinning fiber is not significantly affected. The in situ prepared magnetic composite nanofibrous membranes can convert the AMF energy to the thermal energy to elevate temperature efficiently. With the aid of the auxiliary electrode, the composite fibrous membrane prepared by in situ electrospinning showed efficient heating ability upon the application of AMF, and well-maintained cyclic heating performance under the presence of AMF. These results indicate that the magnetic composite fibrous membrane prepared in situ by the auxiliary electrode is an excellent candidate for the magnetic hyperthermia of cancer therapy.

缩写

AMF:

Alternating magnetic field

DMF:

N ,N -Dimethylformamide

FTIR:

Fourier transformer infrared spectrometer

INOPs:

Iron oxide nanoparticles

MES:

Magnetic electrospinning

PU:

Polyurethane

SEM:

扫描电镜

TEM:

透射电子显微镜

TGA:

Thermogravimetric analysis

VSM:

Vibration sample magnetometer

XRD:

X射线粉末衍射


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