近年來，新冠肺炎等傳染病的爆發(fā)，使得個人防護(hù)裝備的需求增加，在疫情爆發(fā)初期往往會導(dǎo)致原材料的短缺。此外，不適當(dāng)?shù)膫人防護(hù)設(shè)備的后處理和消毒也可能會具有交叉污染的風(fēng)險。因此，探索具有攔截和滅活致病微生物的抗菌材料，開發(fā)可重復(fù)使用、易殺菌的個人防護(hù)用品具有重要意義。
近日，唐本忠院士/王東副教授團(tuán)隊報道了一類利用靜電紡絲技術(shù)制備的具有日光觸發(fā)的光動力/光熱聯(lián)合抗菌能力的納米纖維薄膜(TTVB@NM)（見圖一）。TTVB@NM的多孔的微觀納米結(jié)構(gòu)，使得其對超細(xì)顆粒和致病性氣溶膠表現(xiàn)出了較好的攔截效果。得益于AIE光敏劑優(yōu)越的光物理性能，TTVB@NM在可見光范圍內(nèi)具有較寬的吸收、高效的ROS產(chǎn)生能力和溫和的光熱轉(zhuǎn)換性能。一系列抗菌性能評價結(jié)果表明，TTVB@NM對多種病原菌具有廣譜的抑菌效果。本工作構(gòu)建了一種可重復(fù)使用和具有自滅菌功能的復(fù)合材料，在生物防護(hù)方面具有潛在的應(yīng)用價值。
圖1. TTVB負(fù)載的納米纖維薄膜的制備及其用于病原菌過濾和滅活的示意圖。
在這項工作中，作者首先評估了AIE光敏劑TTVB的活性氧產(chǎn)生能力并與商業(yè)化的光敏劑玫瑰紅（Rose Bengal）進(jìn)行了對比，結(jié)果表明，在模擬太陽光照射下，TTVB比RB具有更強(qiáng)的ROS產(chǎn)生能力。盡管TTVB比RB產(chǎn)生的單線態(tài)氧（1O2）要少，卻可以產(chǎn)生更多的超氧根自由基（O2?-）和羥自由基（?OH）。O2?-具有比1O2更長的半衰期，有利于其遠(yuǎn)距離擴(kuò)散，O2?-還可以進(jìn)一步被轉(zhuǎn)化為氧化能力更強(qiáng)的?OH，有利于病原菌的高效滅活；诖，TTVB對多種病原菌（革蘭氏陽性菌、格蘭仕陰性菌、真菌和噬菌體）均具有優(yōu)異的殺菌效果（見圖2）。
圖2. AIE光敏劑TTVB的活性氧產(chǎn)生能力以及對不同微生物（革蘭氏陽性菌、格蘭仕陰性菌、真菌和噬菌體）的成像及殺傷研究。
隨后，作者利用靜電紡絲技術(shù)將TTVB通過物理摻雜的方法負(fù)載到了一個納米纖維薄膜中，即TTVB@NM。掃描電鏡結(jié)果表明，TTVB@NM具有多孔的微觀結(jié)構(gòu)（見圖3），有利于實現(xiàn)對微小顆粒的過濾作用。共聚焦熒光顯微鏡的結(jié)果表明TTVB被均勻的負(fù)載到了納米纖維中，對納米纖維的微觀結(jié)構(gòu)和尺寸沒有明顯影響。此外，TTVB@NM也具有較強(qiáng)的ROS 產(chǎn)生能力以及溫和的光熱效應(yīng)，有利于實現(xiàn)光動力/光熱協(xié)同的抗菌。
圖3. 負(fù)載TTVB的納米纖維薄膜的微觀結(jié)構(gòu)、活性氧產(chǎn)生能力、過濾效率、透氣性以及表面接觸角表征。
作者使用氣溶膠發(fā)生器制備了直徑為1 ~ 5 μm的含有致病微生物的微小顆粒以模擬人類打噴嚏或咳嗽時產(chǎn)生的氣溶膠（圖4），進(jìn)而研究了TTVB@NM對致病氣溶膠的攔截能力。結(jié)果表明，TTVB@NM表面附著了很多病原菌，且薄膜的下表面沒有病原菌穿過。進(jìn)一步的，作者將含有多種病原微生物的氣溶膠噴到薄膜表面，然后將其置于日光下輻照5或者10分鐘，結(jié)果表明，TTVB@NM可在10分鐘的陽光照射下有效滅活含細(xì)菌(抑制率為99%)、真菌(抑制率為88%)和噬菌體(抑制率為99%)的致病性氣溶膠。
圖4. 負(fù)載TTVB的納米纖維薄膜對含有病原菌的氣溶膠的過濾能力以及在太陽光下對其表面附著的病原菌的滅活能力研究。
相關(guān)研究工作目前以“AIEgen-loaded nanofibrous membrane as photodynamic/photothermal antimicrobial surface for sunlight-triggered bioprotection”為題目發(fā)表在Biomaterials上，文章第一作者為深圳大學(xué)AIE研究中心李夢博士，通訊作者為深圳大學(xué)AIE研究中心王東副教授和香港中文大學(xué)（深圳）唐本忠院士。
本項目獲得了中國博士后科學(xué)基金（2020M672813，2020M672797），廣東省杰出青年科學(xué)基金（2020B1515020011），國家自然科學(xué)基金（21801169，21803039）和深圳市科技創(chuàng)新計劃（JCYJ20190808153415062，RCYX20200714114525101）等項目的資助。
論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S014296122100363X
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