胡良兵教授 Nature Nanotechnology：分子工程構筑新型高穩定抗病毒抗菌棉紡織品

1、導讀?

近年來頻繁爆發的流行病，包括流感、腸胃炎、肺結核、肺炎，尤其是 2019 年冠狀病毒病 (COVID-19)，在全球范圍內奪去了無數人的生命。這些疾病可以通過人類活動傳播，其中服裝和其他紡織品是病毒和細菌物種培養和轉移的主要載體。由于棉紡織品在人們生活中的廣泛使用，近幾十年來研究人員開發了各種將抗病毒和抗菌特性融入棉紡織品的方法。然而，目前制備抗病毒和抗菌紡織品的主流策略只是將抗病毒和抗菌添加劑物理負載到織物上，并沒有充分利用材料的分子結構，并且通常通過氣相沉積、蒸發、濺射和噴涂等方法將這些添加劑引入紡織品，很可能由于添加劑在織物表面附著力低、機械強度弱和結合能力有限等原因導致在長期使用后由于添加劑的脫落或浸出，從而容易發生紡織品的抗病毒和抗菌性能退化，甚至失效。此外，高昂的制備成本和放大難度也阻礙了這些方法的試實際應用。

2、成果掠影

Nature Nanotechnology最新一期收錄了馬里蘭大學胡良兵教授和William E. Bentley教授團隊關于抗菌抗病毒織物的最新成果。該文展示了一種經濟且高效的策略，通過將銅離子嵌入到纖維素分子結構，并與纖維素鏈上的含氧極性官能團（如羥基）配位，從而形成銅離子紡織品 (Cu-IT)。由于銅的抗菌抗病毒特性，Cu-IT對煙草花葉病毒和甲型流感病毒以及大腸桿菌、鼠傷寒沙門氏菌、綠膿桿菌和枯草芽孢桿菌等細菌表現出良好的抗病毒和抗菌性能。此外，銅離子與羥基官能團的強配位鍵賦予Cu-IT優異的空氣/水穩定性和良好的機械穩定性，耐反復洗滌并足以滿足日常使用。Cu-IT的制備策略具有成本低、環境友好和易放大等優勢，使得這種紡織品在家用產品、公共設施和醫療環境中的應用表現出巨大的潛力。

相關研究成果以“Highly stable, antiviral, antibacterial cotton textiles via molecular engineering”為題發表在Nature Nanotechnology。

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3、數據概覽

圖1、Cu-IT的結構和性能。? 2023 Springer Nature Limited

圖2、Cu-IT的結構表征。? 2023 Springer Nature Limited

圖3、Cu-IT的抗病毒和抗菌活性。? 2023 Springer Nature Limited

圖4、Cu-IT的機械性能和穩定性。? 2023 Springer Nature Limited

圖5、Cu-IT的規模化制備。? 2023 Springer Nature Limited

4、成果總結

本文展示了一種簡單、經濟高效的方法，通過在分子水平上將銅離子摻入棉紡織品中來有效地制造抗病毒和抗菌紡織品。結果表明銅離子在堿性條件下擴散到棉紡織品中，與纖維素分子上羥基的氧原子配位，并在將紡織品洗滌至中性狀態后在纖維素基體中保持穩定。由于銅的殺菌和消毒功效，Cu-IT顯示出對煙草花葉病毒和甲型流感病毒的高抗病毒活性以及對大腸桿菌、鼠傷寒沙門氏菌、綠膿桿菌和枯草芽孢桿菌的高抗菌活性。Cu-IT材料具備良好的穩定性和機械強度，可重復使用，并且可以承受反復洗滌。這種制造方法極易放大，可大規模生產，在家用產品、公共設施和醫療環境的抗病毒和抗菌紡織品方面表現出巨大的應用潛力。

文章鏈接：

Qian, J., Dong, Q., Chun, K.?et al.?Highly stable, antiviral, antibacterial cotton textiles via molecular engineering.?Nat. Nanotechnol.?18, 168–176 (2023). https://doi.org/10.1038/s41565-022-01278-y

作者簡介：

胡良兵（通訊作者），美國馬里蘭大學Herbert Rabin杰出講席教授，材料創新中心主任（Center for Materials Innovation），1997-2002中國科技大學物理學士學位,已在Nature, Science, Nature Materials等頂級英文期刊上發表學術論文400余篇，被引用超過65,000次。他主要從事木材納米科技，極高溫合成，全固態電池，柔性器件，是HighT-Tech LLC (www.hight-tech.com)和InventWood LLC (www.inventwood.com) 公司的創始人。

錢驥（第一作者），北京理工大學特別研究員。發表學術論文52篇，總被引用3000余次，H因子33，其中以第一作者或通訊作者發表SCI論文16篇，包括Nature?Nanotechnology, Advanced Materials, Materials Today, Advanced Energy Materials, Advanced Functional Materials, ACS Nano, Nano Energy, Energy Storage Materials等；授權發明專利6項。研究領域為功能材料開發，主要圍繞高性能二次電池關鍵材料的制備和機理研究，具體涵蓋鋰硫電池/鋰離子電池/鈉離子電池關鍵材料，高功率型電池材料，可拉伸柔性電池材料的研究，以及基于同步輻射技術，電化學聯用原位表征技術等的機理探究。

本文由作者供稿