胡良兵教授 Nature Nanotechnology：分子工程构筑新型高稳定抗病毒抗菌棉纺织品

1、导读 

近年来频繁爆发的流行病，包括流感、肠胃炎、肺结核、肺炎，尤其是 2019 年冠状病毒病 (COVID-19)，在全球范围内夺去了无数人的生命。这些疾病可以通过人类活动传播，其中服装和其他纺织品是病毒和细菌物种培养和转移的主要载体。由于棉纺织品在人们生活中的广泛使用，近几十年来研究人员开发了各种将抗病毒和抗菌特性融入棉纺织品的方法。然而，目前制备抗病毒和抗菌纺织品的主流策略只是将抗病毒和抗菌添加剂物理负载到织物上，并没有充分利用材料的分子结构，并且通常通过气相沉积、蒸发、溅射和喷涂等方法将这些添加剂引入纺织品，很可能由于添加剂在织物表面附着力低、机械强度弱和结合能力有限等原因导致在长期使用后由于添加剂的脱落或浸出，从而容易发生纺织品的抗病毒和抗菌性能退化，甚至失效。此外，高昂的制备成本和放大难度也阻碍了这些方法的试实际应用。

2、成果掠影

Nature Nanotechnology最新一期收录了马里兰大学胡良兵教授和William E. Bentley教授团队关于抗菌抗病毒织物的最新成果。该文展示了一种经济且高效的策略，通过将铜离子嵌入到纤维素分子结构，并与纤维素链上的含氧极性官能团（如羟基）配位，从而形成铜离子纺织品 (Cu-IT)。由于铜的抗菌抗病毒特性，Cu-IT对烟草花叶病毒和甲型流感病毒以及大肠杆菌、鼠伤寒沙门氏菌、绿脓杆菌和枯草芽孢杆菌等细菌表现出良好的抗病毒和抗菌性能。此外，铜离子与羟基官能团的强配位键赋予Cu-IT优异的空气/水稳定性和良好的机械稳定性，耐反复洗涤并足以满足日常使用。Cu-IT的制备策略具有成本低、环境友好和易放大等优势，使得这种纺织品在家用产品、公共设施和医疗环境中的应用表现出巨大的潜力。

相关研究成果以“Highly stable, antiviral, antibacterial cotton textiles via molecular engineering”为题发表在Nature Nanotechnology。

3、数据概览

图1、Cu-IT的结构和性能。© 2023 Springer Nature Limited

图2、Cu-IT的结构表征。© 2023 Springer Nature Limited

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

图4、Cu-IT的机械性能和稳定性。© 2023 Springer Nature Limited

图5、Cu-IT的规模化制备。© 2023 Springer Nature Limited

4、成果总结

本文展示了一种简单、经济高效的方法，通过在分子水平上将铜离子掺入棉纺织品中来有效地制造抗病毒和抗菌纺织品。结果表明铜离子在碱性条件下扩散到棉纺织品中，与纤维素分子上羟基的氧原子配位，并在将纺织品洗涤至中性状态后在纤维素基体中保持稳定。由于铜的杀菌和消毒功效，Cu-IT显示出对烟草花叶病毒和甲型流感病毒的高抗病毒活性以及对大肠杆菌、鼠伤寒沙门氏菌、绿脓杆菌和枯草芽孢杆菌的高抗菌活性。Cu-IT材料具备良好的稳定性和机械强度，可重复使用，并且可以承受反复洗涤。这种制造方法极易放大，可大规模生产，在家用产品、公共设施和医疗环境的抗病毒和抗菌纺织品方面表现出巨大的应用潜力。

文章链接：

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

作者简介：

胡良兵（通讯作者），美国马里兰大学Herbert Rabin杰出讲席教授，材料创新中心主任（Center for Materials Innovation），1997-2002中国科技大学物理学士学位,已在Nature, Science, Nature Materials等顶级英文期刊上发表学术论文400余篇，被引用超过65,000次。他主要从事木材纳米科技，极高温合成，全固态电池，柔性器件，是HighT-Tech LLC (www.hight-tech.com)和InventWood LLC (www.inventwood.com) 公司的创始人。

钱骥（第一作者），北京理工大学特别研究员。发表学术论文52篇，总被引用3000余次，H因子33，其中以第一作者或通讯作者发表SCI论文16篇，包括Nature Nanotechnology, Advanced Materials, Materials Today, Advanced Energy Materials, Advanced Functional Materials, ACS Nano, Nano Energy, Energy Storage Materials等；授权发明专利6项。研究领域为功能材料开发，主要围绕高性能二次电池关键材料的制备和机理研究，具体涵盖锂硫电池/锂离子电池/钠离子电池关键材料，高功率型电池材料，可拉伸柔性电池材料的研究，以及基于同步辐射技术，电化学联用原位表征技术等的机理探究。

本文由作者供稿