李鵬課題組報道具有長效自清潔功能的多孔分子織物涂層
生物威脅（Biological threats），包括高傳染性的細菌、病毒和毒素，甚至致命性的生物戰(zhàn)劑，已經(jīng)嚴重威脅到全球公共安全，奪去了數(shù)百萬人的生命，擾亂了社會秩序，并極大地破壞了全球的經(jīng)濟。由于生物威脅爆發(fā)的偶然性和新流行病的持續(xù)傳播，對生物威脅的防護目前仍然是一項嚴峻的挑戰(zhàn)。開發(fā)能夠物理阻斷和化學消殺病原體的自清潔抗菌涂層是應對這項挑戰(zhàn)的可行方案。然而，傳統(tǒng)的有機殺菌劑或無機納米粒子屬于消耗品，且十分昂貴，長期使用使細菌產(chǎn)生耐藥性。與之相比，能夠產(chǎn)生大量活性氧物種（ROS）的光敏材料成本更低，可重復使用，應用更廣泛。
近日，復旦大學李鵬課題組通過化學工程學方法制備了一系列基于氫鍵有機骨架（HOFs）的光敏材料，并通過液相噴霧沉積 (LPSD) 方法自組裝成結晶多孔HOF涂層涂覆在紡織品表面。這種涂層能夠在普通日光下將從空氣中吸附的氧氣自發(fā)地轉(zhuǎn)化為活性氧(ROS)，并在照射后將這些ROS儲存至少12小時，能夠快速殺死高傳染性病原菌。這一系列HOF涂層自發(fā)的ROS生成和長效儲存特性，使帶有HOF涂層的紡織品成為自清潔織物。無論在日光下或在日光照射后長期存放在黑暗環(huán)境中，都能高效預防和抑制細菌感染。
此外，通過晶體工程學方法引入不同的取代基，包擴甲基（HOF-101-CH3）、氨基（HOF-101-NH2）和氟（HOF-101-F），可以制備出一系列具有相同網(wǎng)絡結構的HOF材料。這些HOF利用LPSD方法可以輕松地涂覆在纖維織物上以形成HOFs/纖維復合材料，并且纖維上的HOF涂層保持了常規(guī)HOF的結晶度和孔隙率。不同官能團的化學修飾對HOF材料的疏水性、吸收光譜和熒光光譜都產(chǎn)生了明顯的影響。
研究團隊發(fā)現(xiàn)，HOF-101-F涂層在ROS的生成性能上明顯優(yōu)于其他幾個HOF涂層和非晶態(tài)的H4TBAPY涂層，并遠超傳統(tǒng)的自清潔涂層材料TiO2和C-3N4。通過近紅外(NIR)發(fā)射光譜和自旋共振(ESR)等實驗，證實了HOF孔內(nèi)吸收的氧氣可以通過光照生成單線氧1O2和其他活性氧物種。由于HOF納米孔環(huán)境的保護，這些活性氧物種能夠長時間的保存。在模擬日光照射下，僅2.5分鐘HOF-101-F涂層殺滅了近95%的大腸桿菌。同時HOF-101-F涂層在普通光照2小時，黑暗環(huán)境存放12小時后，仍然具有不俗的滅菌性能。此外，HOF-101-F涂層在光照和暗處理5個周期后依然表現(xiàn)出出色的滅菌性能。最重要的是，HOF-101-F涂層在日光下30分鐘內(nèi)，對常見的致病性細菌，如肺炎克雷伯氏菌菌株、金黃色葡萄球菌菌株和海洋分枝桿菌菌株等的殺菌效果均超過99.99%。該工作為進一步發(fā)展自發(fā)活性生成和儲存的抗菌涂層材料提供了一種新策略。
相關研究工作日前以“Chemically-Engineered Porous Molecular Coatings as Reactive Oxygen Species Generators and Reservoirs for Long-Lasting Self-Cleaning Textiles”為題發(fā)表于化學旗艦期刊Angewandte Chemi Internation Edition上，復旦化學系博士研究生王耀和博士后白佳權，以及美國西北大學博士后馬凱凱為共同第一作者，我系青年研究員李鵬，廣州珠江醫(yī)院肖計生教授，和美國西北大學O. K. Farha教授為共同通訊作者。該研究得到了復旦大學人才引進啟動經(jīng)費和東華大學纖維材料改性國家重點實驗室開放基金的支持。
全文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202115956
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