基于立构复合晶的可重复使用抗菌性纳米纤维膜用于去除重金属离子

长期以来，水体中的有毒重金属和细菌感染一直困扰着人类，严重威胁着环境安全和人体健康。考虑到环境和安全方面的挑战，包装行业和生产商正在积极用生物降解聚合物取代石化聚合物。聚乳酸(PLA)是一种绿色可替代的生物材料，是一种可降解的聚酯，由细菌发酵淀粉等可再生原料生产而成，在工业应用或许多医疗应用中都具有巨大的潜力。聚乳酸具有良好的生物降解性、生物相容性和可加工性，然而，聚乳酸本身具有脆性大、热型变温度低、热稳定性较差的不足，这些短板，使得聚乳酸基材料无法适应多方面的需要。聚乳酸的立构复合晶 (Stereocomplex crystalline, SC)，为聚乳酸左旋与右旋对映体分子链之间由于氢键作用形成的特殊晶体，立构复合晶具有更好的热稳定性与机械性能。

近日，四川大学郭刚教授等人以低分子量的叔丁基支链聚合物为原料，将PDLA段接枝到支链的羟基上，合成了HT-PDLA，并在此过程中保留了氨基。将支化的HT-PDLA与线性PLLA共混，通过静电纺丝的方法获得纺丝后的纳米纤维。在静电纺丝过程中，聚乳酸链是由电场定向的在100℃加热1小时得到SC纳米纤维。在较短的加热时间内，加热后的纤维与原纺纤维相比，力学性能和耐热性有明显的提高。此外，在纳米纤维中引入了一种以单宁酸(TA)和六亚甲基二胺(HA)为原料合成的绿色吸附剂HTA，使膜具有更丰富的功能。

由于纳米纤维表面具有丰富的反应官能团，孔径小，表面积体积比大，含HTA膜在吸附重金属离子和抑制细菌生长方面表现出优异的性能。该双功能膜可重复使用4次，具有良好的去Cr(Ⅵ)能力和抗菌效果。此外，在吸附过程中，Cr(Ⅵ)被吸附和转化为低毒性Cr(Ⅲ)。在纳米纤维表面捕获大肠杆菌和金黄色葡萄球菌，并将其破碎。在本研究中，作者重点研究了一种新型环保型双功能SC基PLA纳米纤维，可以同时用于吸附重金属和细菌。此外，这种高性能的生物高分子材料有望用于食品包装、污水处理、细菌过滤、生物医药等领域。相关研究成果以“Stereocomplex Crystallites-based Eco-friendly NanofiberMembranes for Removal of Cr (#) and Antibacterial Effect”为题目发表于期刊《ACS Sustainable Chem. Eng.》上。

图1 显示电纺制备SC基PLA纳米纤维垫捕获细菌，并将纳米纤维表面Cr(Ⅵ)转化为Cr(Ⅲ)。

图2 载HTA纳米纤维对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑制作用。

图3 可重用性抗菌纳米纤维的去除水中的Cr(Ⅵ)。

论文链接：https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.9b02828

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