近期，郑州大学单崇新教授和刘凯凯副教授等人在Nano Today上发表了基于压电效应和物理相互作用协同作用的抗菌织物的研究工作。抗菌服装在减少细菌传播威胁方面发挥着关键作用，从而保护人们的健康。在这项工作中，基于ZnO纳米线（NW）阵列的压电效应及其与细菌的物理相互作用，展示了几种具有高抗菌效率的织物。NWs在弯曲下的压电效应可以产生界面电子，电子在细菌和NWs之间的转移可以阻碍细菌的生长并导致细菌死亡。由电子转移引起的细菌死亡占细菌总数的70%，而剩余的30%死亡是由于NWs的穿刺。该织物对金黄色葡萄球菌（S. aureus）和大肠杆菌（E. coli）均表现出显着的抗菌性能，杀菌率达99.99%, 具有实际应用前景。这项工作中展示的抗菌织物为抗菌服装奠定了坚实的基础。

要点分析

 要点一：优异的生物安全性。作者利用ZnO纳米线阵列与细菌之间的电子传递和机械相互作用来有效杀灭细菌，保证了良好的抗菌效率，避免了锌离子造成的生物安全问题。

 要点二：优异的可重复抗菌性能。作者以ZnO纳米线（NWs）阵列修饰的碳纤维织物为例，展示了的其压其基于压电效应与物理相互作用诱导细菌死亡的过程。通过细菌的电子转移和机械相互作用，NWs/CFF对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的杀菌率为99.99 %。洗涤10次后，杀菌率在短时间内仍可达到97 %，表明其具有较高的可重复使用性和持久的杀菌活性。

示意图

图文导读

图1.　（a）NWs/CFF的制造工艺示意图。（b）CFF的扫描电镜图像。（c）CFF的放大扫描电镜图像。（d）在低分辨率下的NWs/CFF的扫描电镜图像。（e）NWs/CFF的放大扫描电镜图像。（f）CFF、ZnO NPs/CFF和NWs/CFF的XRD图像。（g）NWs/CFF的HAADF图像，以及相应的C（h）、O（i）和Zn（j）元素的EDS映射图像。

图2.　（a）NWs/CFF对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的细菌杀灭过程示意图。（b）人工弯曲NWs/CFF杀死金黄色葡萄球菌和大肠杆菌。（c）金黄色葡萄球菌细胞在弯曲0次和300次后粘附在样品上的具有代表性扫描电镜图像。（d）弯曲0次和300次后，大肠杆菌细胞粘附在样品上的具有代表性扫描电镜图像。注意到这些图片是用伪颜色处理的。

图3.　 （a）不同转速下NWs/CFF的灭菌过程示意图。（b）ZnO纳米线的压电势分布。（c）ET诱导的NWs/CFF对细菌的细菌死亡过程示意图（红色箭头表示细菌与ZnO NWs之间假设的界面电子转移，黑色箭头表示细菌膜上的正常ET）。（d）在400 r/min的旋转速度下，NWs/CFF对金黄色葡萄球菌的杀菌率（插图显示了金黄色葡萄球菌平面计数结果的数码照片）。（e）在400 r/min的转速下，NWs/CFF对大肠杆菌的杀菌率（插图显示了大肠杆菌平面计数结果的数码照片）。（f）不同转速下Zn²⁺的溢出量。（g、h和i）羟基自由基（·OH）、单线态氧（¹O₂）和过氧化氢（H₂O₂）的释放量随时间的变化。

图4.　在（a）无纺布、（b）桑蚕丝、（c）氨纶、（d）涤纶和（e）涤纶苎麻上生长的ZnO NWs，相应的横纵线是具有NWs形态和抗菌性能的织物。为了清晰，织物经过假色处理。

结论

   综上所述，作者通过在织物表面进行溶液处理的原位生长ZnO NWs，已经证明了具有高抗菌性能的织物。细菌与NWs之间的电子转移和机械相互作用是细菌失活的关键作用。该织物对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌具有显著的抑菌活性，杀菌率为99.99 %，具有较高的重复使用性和持久的抗菌活性。同时，采用该方法制备了7种不同的抗菌织物，均具有良好的抗菌性能。因此，本文报道的结果为抗菌织物的设计和制造提供了一种策略，因此，它们在抗菌服装上的应用前景广阔。

全文链接： https://doi.org/10.1016/j.nantod.2022.101737

参考文献：Yong Wang, Kai-Kai Liu, Wen-Bo Zhao, Jun-Lu Sun, Xue-Xia Chen, Lei-Lei Zhang, Qing Cao, Rui Zhou, Lin Dong, Chong-Xin Shan. Antibacterial fabrics based on synergy of piezoelectric effect and physical interaction.2022.

doi: 10.1016/j.nantod.2022.101737.

作者与团队介绍：

刘凯凯，副教授，博士生导师，郑州大学青年拔尖人才计划入选者。主要从事碳基与ZnO半导体量子点材料的合成与应用研究，主要涉及发光性能的调控及其细菌相互作用的杀菌机制与应用研究，涉及物理、化学以及材料等多学科交叉。合成技术主要包括纳米材料制备以及纳米结构的设计；光学特性主要研究材料的瞬态以及稳态/瞬态荧光光谱、长余辉发光、多重混合激子发光、发光动力学、非线性光学等；抗菌机制主要通过研究材料电子转移过程，进一步调控材料的抗菌性能；应用领域主要研究纳米材料在光电器件、时间门控成像、物理不可克隆函数、信息加密、抗菌口罩、抗菌表面、抗菌织物等领域的应用。主持国家面上项目，青年基金、中国博士后特别资助等项目。近五年，以第一或通讯作者在Advanced Materials, Advanced Functional Materials, CCS Chemistry, Advanced Science, Small, Nano Letters, ACS Nano, Light: Science & Applications，Nano Today，Nano Research等期刊发表SCI论文近40篇。

单崇新，郑州大学物理学院教授，博士生导师。近年来一直从事金刚石光电材料与器件研究，已发表SCI论文280余篇。获国家杰出青年基金、长江学者特聘教授、中国青年科技奖、中原学者、中组部万人计划“青年拔尖人才”、人社部“百千万人才工程”及国家有突出贡献中青年专家、河南省杰出专业技术人才、河南省五四青年奖章、河南省创新争先奖状、河南省优秀科技专家等奖励和荣誉。

全文转自子抗菌科技圈https://mp.weixin.qq.com/s/vxAvPY7Z5FBku1AVWvc1xw