蘇州大學(xué)李剛教授課題組 Appl. Surf. Sci.: 兼具抗菌和防蛀功能的羊毛織物
羊毛纖維具有優(yōu)異的親膚保暖性、舒適透氣性和生物降解性等優(yōu)點，一直以來備受人們的關(guān)注。由于羊毛屬于天然蛋白纖維，作為紡織工業(yè)的重要原料，在使用過程中容易滋生細(xì)菌和蛀蟲，從而導(dǎo)致霉變和降解，甚至導(dǎo)致皮膚感染和疾病的傳播。因此，開發(fā)具有持久抗菌和防蛀特性的羊毛織物，具有重要價值。該項研究探討了改性 L-精氨酸 （M-Arg）和聚六亞甲基胍鹽酸鹽（PHMG）的合成及其在羊毛纖維、紗線及其織物表面改性中的應(yīng)用，并采用革蘭氏陽性菌（金黃色葡萄球菌）和革蘭氏陰性菌（大腸桿菌）評估了功能改性之后的羊毛織物的抗菌和防蛀效果（圖1）。結(jié)果顯示，經(jīng)過功能改性處理的羊毛纖維的抗菌性能明顯高于未經(jīng)處理的羊毛纖維，高達(dá)99.64±1.04%和96.47±2.14%，且展現(xiàn)出良好的耐洗滌性和防蛀性能。該研究證實了所開發(fā)的抗菌防蛀羊毛織物不僅具有優(yōu)良的抗菌性能、防蛀性能和耐水洗性，而且不會對環(huán)境造成污染，還能夠提高羊毛織物的產(chǎn)品附加值，促進(jìn)羊毛在高檔紡織品領(lǐng)域的發(fā)展。
2024年10月1日，蘇州大學(xué)現(xiàn)代絲綢國家工程實驗室李剛教授課題組設(shè)計開發(fā)了一種利用 M-Arg/PHMG和 ZnO對羊毛織物進(jìn)行抗菌防蛀功能改性技術(shù)，這項研究為功能化改性羊毛織物提供了新的思路。該項工作以“Antibacterial and mothproofing wool fabrics modified by M-Arg/PHMG and ZnO”為題發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊Applied Surface Science上。蘇州大學(xué)博士生孟祥有和碩士生南清清為共同第一作者，蘇州大學(xué)李剛教授為通訊作者，合作作者還包括蘇州大學(xué)碩士研究生曾慶紅、張玨實驗師、劉帥副教授、鄭兆柱副教授和王曉沁教授，以及四川大學(xué)譚淋副教授。該工作得到了科技部國家重點研發(fā)計劃、科技部國際合作司項目和國家自然科學(xué)基金面上項目等項目的支持。
羊毛是一種天然蛋白質(zhì)纖維，以其細(xì)膩、柔軟、舒適和輕盈等優(yōu)良特性，成為紡織工業(yè)的重要原料。然而，羊毛易滋生細(xì)菌和病菌，導(dǎo)致霉變、降解及疾病傳播，同時也受到蛀蟲的侵害，加速了其損壞和分解。傳統(tǒng)抗菌防蛀羊毛織物面臨工藝復(fù)雜、功能單一和持久性差等問題。為此，蘇州大學(xué)李剛教授研究團(tuán)隊采用澳洲羊毛作為原材料，結(jié)合等離子體處理技術(shù)，有效增強(qiáng)了M-Arg和聚六亞甲基胍鹽酸鹽（PHMG）的附著能力，成功開發(fā)出一種具有M-Arg/PHMG/ZnO復(fù)合涂層的長效抗菌防蛀羊毛（MPN-Fiber）。采用等離子體處理技術(shù)不僅調(diào)控了羊毛纖維的表面形貌，還改變了氨基酸基團(tuán)的含量（如半胱氨酸轉(zhuǎn)化為一氧化二胱氨酸/二氧化物，如圖2所示），為PHMG和M-Arg提供了豐富的活性吸附位點，從而顯著提升了抗菌材料的附著量和牢度。熱重分析測試表明，該抗菌涂層具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性，有利于在不同環(huán)境下保持羊毛織物的抗菌性能。此外，該研究還優(yōu)化了ZnO納米顆粒的原位合成條件，使其在羊毛上的附著性和防蛀效果顯著提升。經(jīng)M-Arg/PHMG/ZnO處理的羊毛纖維具有良好的防蛀效果，且處理后的羊毛保持良好的透氣性，與未處理織物無顯著差異（p>0.5）？咕鷾y試結(jié)果顯示：處理后的羊毛對兩種細(xì)菌（E. coli，99.60±1.04%；S. aureus，96.47±2.14%）均表現(xiàn)出顯著的抗菌效果，并在經(jīng)過多次加強(qiáng)洗滌后仍保持顯著的抗菌性能，展示了其在抗菌防蛀羊毛相關(guān)產(chǎn)品領(lǐng)域的應(yīng)用推廣潛力。
圖1. M-Arg/PHMG/ZnO抗菌防蛀功能改性羊毛纖維織物的制備流程及表征
圖2. 等離子體技術(shù)對羊毛纖維進(jìn)行表面修飾前后的力學(xué)性能和表面形貌
圖3. ZnO在 M-Arg/PHMG/ZnO抗菌防蛀功能改性羊毛紗線的表面元素分布
圖4. M-Arg/PHMG/ZnO抗菌防蛀功能改性羊毛纖維織物的抗菌性能及耐水洗性能測試
上述研究結(jié)果表明，該團(tuán)隊開發(fā)的M-Arg/PHMG/ZnO抗菌防蛀功能改性羊毛纖維織物具有優(yōu)良的服用舒適性能、抗菌防蛀性能、環(huán)境友好和長期保存性能；該研究有望應(yīng)用于開拓高檔羊毛紡織產(chǎn)品領(lǐng)域，具有潛在的商業(yè)應(yīng)用價值。該項工作是團(tuán)隊近期在健康功能紡織纖維材料相關(guān)研究的最新進(jìn)展之一（Chemical Engineering Journal 490 (2024) 151827.；SusMat, 2024, 4(4): e207.)。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2024.161341
通訊作者簡介：李剛，教授，博士生導(dǎo)師，蘇州大學(xué)現(xiàn)代絲綢國家工程實驗室主任助理、黨支部書記。江蘇省第十五批“六大人才高峰”高層次人才、江蘇省僑聯(lián)青年委員會委員、姑蘇區(qū)僑聯(lián)副主席、蘇州市僑青會常委、香港理工大學(xué)江蘇校友會副會長。東華大學(xué)碩士、香港理工大學(xué)博士、美國塔夫茨大學(xué)訪問學(xué)者（合作導(dǎo)師：美國工程院David Kaplan院士）。長期在絲蛋白生物材料、醫(yī)用和智能健康紡織材料等多領(lǐng)域展開跨學(xué)科研究。在Biomaterials、Bioactive materials和Chemical Engineering Journal等權(quán)威期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文150余篇。主持國家重點研發(fā)計劃課題、國家自然科學(xué)基金面上項目等項目30余項，曾獲2023年中國紡織工業(yè)聯(lián)合會優(yōu)秀專利獎、2022年江蘇省十大行業(yè)優(yōu)秀成果獎、2022年第八屆中國國際“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽全國總決賽金獎指導(dǎo)老師、“香港首屆創(chuàng)新大賽”冠軍等榮譽。已授權(quán)國內(nèi)外專利50余件。主要學(xué)術(shù)兼職為中國生物材料學(xué)會智能仿生生物材料分會委員、中國科協(xié)培訓(xùn)和人才服務(wù)中心評審專家、國家自然科學(xué)基金函評專家、中國博士后基金和“霍英東”科教獎評審專家、Journal of Fiber Bioengineering Informatics副主編、《產(chǎn)業(yè)用紡織品》編委、《絲綢》青年編委、Frontiers in Bioengineering and Biotechnology等雜志編委。
