皮肤癌临床上通常采用手术切除进行治疗，然而，难以避免的癌细胞残留和可能的伤口感染，导致肿瘤复发率高、伤口恢复慢。现有的光热膜材料热量分布通常是上表面高于下表面。这种热分布方式导致光热膜材料下表面温度偏，低难以对皮肤产生有效的光热作用。
近期，青岛大学张俊/龙云泽教授课题组在Chemical Engineering Journal上发表了题为“MXene composite fibers with advanced thermal management for inhibiting tumor recurrence and accelerating wound healing”的研究成果，该工作基于静电纺丝技术制备了具有热管理功能的MXene复合纳米纤维，其单向导热能力可消融残留癌细胞同时加速伤口愈合。青岛大学硕士研究生丁一宁、许磊为本文的第一作者，青岛大学青年教师张俊、龙云泽教授为通讯作者。
图1（a-d）为MXene复合纳米纤维的性能指标。通过表征分析得出MXene纳米片分布在纤维表面和纤维中。当808 nm激光照射在纤维膜表面时，它在近红外区域表现出强吸收，在纤维膜上表面产生的热量可以通过纤维中的MXene纳米片有效传导至复合纤维膜下表面，从而增强下表面的热分布。随着MXene掺杂量的提高，MXene复合纳米纤维的亲水性也得到了显著提高，为吸收术后渗出组织液，进而加速凝血、促进伤口愈合创造了前提。如图2（a）所示，我们将温度探测器放在激光源两侧，分别探测MXene复合纳米纤维的升温情况，发现在808 nm激光照射下，MXene复合纤维膜上下表面之间存在14℃的温度差（图2b）。为了证实这一热现象，我们将产热的方式从光热材料产热替换为恒温热台加热（图2c），实验结果（图2d）验证了这种热现象并说明了MXene复合纤维膜的导热原理。图2e进行了Comsol理论模拟，进一步证明在纤维中引入MXene纳米片能够有效提高复合纤维膜下表面的热分布，复合纤维膜在30 s内可实现快速升温至70°C（图2f），光热转换效率达到40%。图2（g）为MXene复合纤维膜在12 min内循环加热/冷却的温度变化曲线，每个循环可达到同样最高温度，表明纤维膜具有良好的光热稳定性。图3. MXene复合纤维抑制黑色素瘤B16F10的复发能力
我们进一步通过体内动物实验验证了这种能够有效提高下表面热分布的复合纤维膜的光热抗癌效果。手术后，将复合纤维膜直接覆盖在伤口处，经过808 nm激光照射，在14天的疗程后成功抑制了术后残余癌细胞的复发（图3a-e）；图3f-h是肿瘤组织Ki67免疫组化染色、TUNEL染色的量化结果。从染色分析中也能够证实复合纤维中的MXene纳米片使得热量更有效聚集在接触肿瘤细胞的纤维膜一侧，从而更好的实现癌细胞凋亡。为了解决在肿瘤切除手术中时常出现伤口感染问题，本文采用SD大鼠评估复合纤维膜术后抗感染促进伤口愈合能力（图4a-b）。可以看到在第16天，m@PG+M组伤口已经完全闭合，是因为复合纤维中的MXene纳米片使得热量更多的聚集在接触伤口的一侧，从而具有更加有效光热杀菌作用。综上所述，本文设计了一种MXene与纤维的微纳复合方式，利用微纳米效应产生类似的透镜效应，将正面产生的热量通过热管理控制有效传导聚集到纤维膜的下表面。由于显著促进了纤维膜的单向导热性，在皮肤癌切除手术后作为伤口敷料，有效光热消融残留的癌细胞，从而有效抑制肿瘤生长。此外，这种复合纤维膜还展现出优异的杀菌作用，在防止术后肿瘤复发的同时加快手术后伤口愈合。该研究成果为定向热传递提供了新途径，在肿瘤切除术后的综合治疗和术后护理方面具有巨大潜力。