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  近年來(lái)，由于傳染性疾病例如非典，甲型H1N1流感，禽流感，埃博拉病毒的頻繁暴發(fā)和肆虐，公共衛(wèi)生問(wèn)題已經(jīng)引起了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。當(dāng)前仍在席卷全球的新冠病毒更是突出了這一問(wèn)題。在一場(chǎng)流行病中，穿戴有效的個(gè)人防護(hù)設(shè)備（PPE），例如防護(hù)服，口罩，以及一次性手套等，是阻斷病原體傳播途徑、保護(hù)易感人群的重要措施。然而，目前廣泛使用的個(gè)人防護(hù)設(shè)備通常都由烯烴聚合物熔噴制備而成。這些個(gè)人防護(hù)設(shè)備可以有效地?cái)r截、阻斷病原體的傳播，但是被阻攔在防護(hù)設(shè)備表面的病原體仍保留其傳染活性，可在使用者脫除防護(hù)設(shè)備時(shí)由于接觸而導(dǎo)致使用者的感染以及后續(xù)的交叉感染而促進(jìn)傳染病的傳播。此外，這些個(gè)人防護(hù)設(shè)備多為一次性防護(hù)用具，在突發(fā)的傳染病暴發(fā)中往往會(huì)造成個(gè)人防護(hù)設(shè)備的短缺從而引發(fā)疫情的加重。

  近日，加州大學(xué)戴維斯分校的孫剛教授團(tuán)隊(duì)與Nitin Nitin教授，Brian G. Murphy 教授科研團(tuán)隊(duì)合作開(kāi)發(fā)出一種由日光驅(qū)動(dòng)的抗菌抗病毒納米纖維材料。研究人員利用靜電紡技術(shù)將具有光活性的維生素K與生物相容性良好的聚乙烯-聚乙烯醇共聚高分子混紡從而制備得到具有光活性的納米纖維膜 （VNFM）。這種納米纖維膜可以在日光照射下提供高效的抗菌抗病毒功能，同時(shí)顯示出其優(yōu)良的耐用性能，有望應(yīng)用于可循環(huán)使用的防護(hù)口罩和防護(hù)服的制備中。

圖1. （a）維生素K納米纖維膜的抗菌抗病毒過(guò)程 （b）納米纖維膜的光化學(xué)反應(yīng)原理 （c）納米纖維膜的結(jié)構(gòu)

  孫剛教授團(tuán)隊(duì)的前期研究工作表明，納米纖維結(jié)構(gòu)可有效地把病原體阻攔在材料表面。而納米纖維材料的多孔隙結(jié)構(gòu)和超高的比表面積也為材料提供與病原體充足的接觸面積以及光化學(xué)反應(yīng)位點(diǎn)。制備的納米纖維直徑均在200-290 nm之間。在日光照射下，納米纖維膜中的光活性維生素K可與聚乙烯-聚乙烯醇以及空氣中的氧氣反應(yīng)而生成具有強(qiáng)氧化性的活性氧（ROS）。這些活性氧具有高效、非選擇性殺菌殺病毒的功能。

圖2. （a）日光光照下維生素K/聚乙烯-聚乙烯醇納米纖維膜的抗大腸桿菌效果 （b）日光光照下納米纖維膜的抗李斯特菌效果 （c）日光光照下納米纖維膜的耐用性（大腸桿菌組）（d）日光光照下納米纖維膜的耐用性 （李斯特菌組）

  實(shí)驗(yàn)表明，在日光照射下，制備的維生素K/聚乙烯-聚乙烯醇納米纖維膜對(duì)革蘭陰氏的埃希氏大腸桿菌以及革蘭陽(yáng)氏的李斯特菌均具有高效的殺滅效果（>99.9999%）。同時(shí)，其具有優(yōu)良的耐用性能，在循環(huán)使用5次以后在日光下仍具有高效的殺菌效果。

圖3. （a）日光光照下維生素K/聚乙烯-聚乙烯醇納米纖維膜的抗T7噬菌體效果 （b）日光光照下納米纖維膜的耐用性（T7噬菌體組）（c）日光光照下納米纖維膜的抗貓傳染性腹膜炎病毒效果

  為了證明納米纖維膜具備抗病毒功能，研究人員使用了T7噬菌體病毒進(jìn)行了日光光照下的抗病毒實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)表明制備的納米纖維膜在日光照射下短時(shí)間內(nèi)（30 min）即具有高效的抗病毒功能（>99.9999%）。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)證明納米纖維膜在日光下具有優(yōu)秀的耐用性，在5次循環(huán)使用后仍保持高效的抗T7噬菌體病毒功能。此外，研究人員利用貓傳染性腹膜炎冠狀病毒作為人類(lèi)新冠病毒的模板，進(jìn)行納米纖維膜抗冠狀病毒功能的模擬。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在日光光照下，相對(duì)于對(duì)照組，含維生素K的納米纖維膜具有明顯的抗冠狀病毒功能。此工作證明了制備的含維生素K納米纖維膜在日光下具有高效的抗菌抗病毒功能，且具備優(yōu)秀的耐用性，為制備低毒、可循環(huán)使用、具備自清潔功能的個(gè)人防護(hù)材料提供了新思路。

  以上相關(guān)成果發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces上。論文的第一作者為加州大學(xué)戴維斯分校農(nóng)業(yè)與環(huán)境化學(xué)系博士研究生張正，通訊作者為孫剛教授。共同作者還有本校的Ahmed El-Moghazy博士，Nicharee Wisuthiphaet, Nitin Nitin教授，Diego Castillo, 以及 Brian G. Murphy 教授。

  原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.0c14883