基于立構(gòu)復(fù)合晶的可重復(fù)使用抗菌性納米纖維膜用于去除重金屬離子

長期以來，水體中的有毒重金屬和細菌感染一直困擾著人類，嚴重威脅著環(huán)境安全和人體健康。考慮到環(huán)境和安全方面的挑戰(zhàn)，包裝行業(yè)和生產(chǎn)商正在積極用生物降解聚合物取代石化聚合物。聚乳酸(PLA)是一種綠色可替代的生物材料，是一種可降解的聚酯，由細菌發(fā)酵淀粉等可再生原料生產(chǎn)而成，在工業(yè)應(yīng)用或許多醫(yī)療應(yīng)用中都具有巨大的潛力。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、熱型變溫度低、熱穩(wěn)定性較差的不足，這些短板，使得聚乳酸基材料無法適應(yīng)多方面的需要。聚乳酸的立構(gòu)復(fù)合晶 (Stereocomplex crystalline, SC)，為聚乳酸左旋與右旋對映體分子鏈之間由于氫鍵作用形成的特殊晶體，立構(gòu)復(fù)合晶具有更好的熱穩(wěn)定性與機械性能。

　　近日，四川大學(xué)郭剛教授等人以低分子量的叔丁基支鏈聚合物為原料，將PDLA段接枝到支鏈的羥基上，合成了HT-PDLA，并在此過程中保留了氨基。將支化的HT-PDLA與線性PLLA共混，通過靜電紡絲的方法獲得紡絲后的納米纖維。在靜電紡絲過程中，聚乳酸鏈?zhǔn)怯呻妶龆ㄏ虻脑?00℃加熱1小時得到SC納米纖維。在較短的加熱時間內(nèi)，加熱后的纖維與原紡纖維相比，力學(xué)性能和耐熱性有明顯的提高。此外，在納米纖維中引入了一種以單寧酸(TA)和六亞甲基二胺(HA)為原料合成的綠色吸附劑HTA，使膜具有更豐富的功能。

　　由于納米纖維表面具有豐富的反應(yīng)官能團，孔徑小，表面積體積比大，含HTA膜在吸附重金屬離子和抑制細菌生長方面表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。該雙功能膜可重復(fù)使用4次，具有良好的去Cr(Ⅵ)能力和抗菌效果。此外，在吸附過程中，Cr(Ⅵ)被吸附和轉(zhuǎn)化為低毒性Cr(Ⅲ)。在納米纖維表面捕獲大腸桿菌和金黃色葡萄球菌，并將其破碎。在本研究中，作者重點研究了一種新型環(huán)保型雙功能SC基PLA納米纖維，可以同時用于吸附重金屬和細菌。此外，這種高性能的生物高分子材料有望用于食品包裝、污水處理、細菌過濾、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域。相關(guān)研究成果以“Stereocomplex Crystallites-based Eco-friendly NanofiberMembranes for Removal of Cr (#) and Antibacterial Effect”為題目發(fā)表于期刊《ACS Sustainable Chem. Eng.》上。

　　圖1 顯示電紡制備SC基PLA納米纖維墊捕獲細菌，并將納米纖維表面Cr(Ⅵ)轉(zhuǎn)化為Cr(Ⅲ)。

　　圖2 載HTA納米纖維對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑制作用。