科学家设计新型高效抗菌织物材料，1小时内杀菌率近100%

【蜂耘网 新材料】近期，浙江大学陈志杰研究员团队和香港理工大学马凯凯助理教授团队合作，制备出一种基于四噻吩乙烯（TTE，Tetrathienylethene）的多孔织物复合材料。

该材料通过独特的分子设计实现了高效光催化抗菌功能——当受到温和光照（光强度约 4.71W/m²）激发时，织物复合材料表面可高效产生具有抗菌活性的活性氧物种。

研究结果显示，在可见光照射下，该材料仅需 1 小时即可对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌实现接近 100% 的杀菌率。与此同时，它还具有良好的生物相容性和可重复使用性。

这一特性使其在医疗防护领域具有重要应用价值。基于其高效的光催化抗菌和潜在抗病毒能力，这种新型织物复合材料可广泛应用于医疗防护服、医用口罩等防护装备的制造，亦可作为智能伤口敷料使用。

该研究为解决日益严峻的细菌耐药性问题提供了创新性的材料解决方案，其光响应特性为开发环境友好型抗菌材料开辟了新途径。

近日，相关论文以《基于四噻吩乙烯的多孔框架复合材料用于增强光催化抗菌活性》（Tetrathienylethene-based porous framework composites for boosting photocatalytic antibacterial activity）为题发表在PNAS[1] 上。

浙江大学博士后马思（即将入职绍兴文理学院）是第一作者，浙江大学研究员陈志杰、香港理工大学助理教授马凯凯、香港理工大学简志伟教授担任共同通讯作者。

传统抗菌技术依赖化学消毒剂或抗生素，但易引发耐药性问题，且存在环境污染等局限性。相比之下，光催化抗菌技术通过光照激活材料产生活性氧杀灭细菌，具有高效、可持续等显著优势。

然而，现有光催化材料普遍面临可见光利用率低、稳定性差以及生物相容性不足等一系列挑战。

该研究结合了浙江大学化学系和香港理工大学时装及纺织学院各自的专业优势展开。研究人员选择金属有机框架（MOF，Metal-organic frameworks）作为突破口，这类材料因其结构多样性和功能可调性，最近逐渐发展为光催化应用的理想平台。

陈志杰课题组首先基于 TTE 开发出多孔框架材料 Zr-TSS-1，在此基础上，马凯凯课题组将其组装到细菌纤维素（BC，bacterial cellulose）基底上，构筑了稳定的复合材料 Zr-TSS-1@BC。

通过原位生长法，Zr-TSS-1 微晶均匀分布在 BC 的三维微结构中，形成了兼具良好柔韧性和力学性能的复合材料，并具有便携的可穿戴性。

这种材料的设计灵感来源于一些前期调研 [2]，研究人员通过将光敏性的 TTE 单元引入金属有机框架中，实现了对可见光的高效吸收和自由载流子的快速生成。

经过创新性的分子层面设计，这种创新的材料拥有了一种特定的功能——在可见光下能够高效触发，并释放出更多的杀菌活性物质，相当于拥有一个具有保护功能的“金钟罩”。

“这项研究中最核心的突破在于，我们可以在宏观层面（比如一件衣服）上进行原子级别或分子级别的精准调控，这种调控带来了材料性能的显著提升。”陈志杰对 DeepTech 表示。

具体来说，该材料的可见光吸收范围扩展至 500nm，光电流密度比传统全碳环 MOF 高 3 至 4 倍，且能快速生成超氧自由基和单线态氧，从而高效破坏细菌细胞膜。

与传统的需要紫外线照射的材料相比，这种新型材料仅需普通可见光即可发挥它的功能，在公共环境条件下表现出更高的稳定性和高活性，并且它的质量损失很小。

此外，这种新型材料还显示出良好的生物相容性，其对人类皮肤成纤维细胞和 NIH 3T3 成纤维细胞的细胞毒性极低，细胞形态在接触复合材料后未受到明显损伤，这为其在生物医学和保健应用中的应用创造了可能性。

可重复使用性方面，该复合材料在连续五次循环使用后仍保持稳定的抗菌性能，显示出优异的耐用性。

马凯凯指出，这种性能的突破源于材料设计的双重协同，即 TTE 单元增强了光捕获能力，而多孔 BC 基底则优化了 MOF 分散性和细菌接触效率。

研究人员不仅在实验室中验证了材料的抗菌性能，还通过一系列实验展示了其在实际防护装备中的应用潜力。例如，这种材料可以作为口罩的填充物或防护服组件，为人们提供更安全、更有效的防护。

与其他工作中使用紫外线灯或更高功率来实现高性能杀菌相比，该研究中所使用的是相对温和的日光灯管。实验结果显示，该材料在 1 小时内即可实现接近 100% 的杀菌率，远超国际标准 AATCC100：2019 纺织材料抗菌涂层试验方法所规定的 18-24 小时杀菌效果。

马思指出，“这一成果不仅展示了 MOF 材料的高效性，还为未来的防护装备设计提供了新的思路。”

（蜂耘新材料网  责任编辑：科技蜜）