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  近年來，由于傳染性疾病例如非典，甲型H1N1流感，禽流感，埃博拉病毒的頻繁暴發(fā)和肆虐，公共衛(wèi)生問題已經(jīng)引起了社會各界的廣泛關注。當前仍在席卷全球的新冠病毒更是突出了這一問題。在一場流行病中，穿戴有效的個人防護設備（PPE），例如防護服，口罩，以及一次性手套等，是阻斷病原體傳播途徑、保護易感人群的重要措施。然而，目前廣泛使用的個人防護設備通常都由烯烴聚合物熔噴制備而成。這些個人防護設備可以有效地攔截、阻斷病原體的傳播，但是被阻攔在防護設備表面的病原體仍保留其傳染活性，可在使用者脫除防護設備時由于接觸而導致使用者的感染以及后續(xù)的交叉感染而促進傳染病的傳播。此外，這些個人防護設備多為一次性防護用具，在突發(fā)的傳染病暴發(fā)中往往會造成個人防護設備的短缺從而引發(fā)疫情的加重。

  近日，加州大學戴維斯分校的孫剛教授團隊與Nitin Nitin教授，Brian G. Murphy 教授科研團隊合作開發(fā)出一種由日光驅動的抗菌抗病毒納米纖維材料。研究人員利用靜電紡技術將具有光活性的維生素K與生物相容性良好的聚乙烯-聚乙烯醇共聚高分子混紡從而制備得到具有光活性的納米纖維膜 （VNFM）。這種納米纖維膜可以在日光照射下提供高效的抗菌抗病毒功能，同時顯示出其優(yōu)良的耐用性能，有望應用于可循環(huán)使用的防護口罩和防護服的制備中。

圖1. （a）維生素K納米纖維膜的抗菌抗病毒過程 （b）納米纖維膜的光化學反應原理 （c）納米纖維膜的結構

  孫剛教授團隊的前期研究工作表明，納米纖維結構可有效地把病原體阻攔在材料表面。而納米纖維材料的多孔隙結構和超高的比表面積也為材料提供與病原體充足的接觸面積以及光化學反應位點。制備的納米纖維直徑均在200-290 nm之間。在日光照射下，納米纖維膜中的光活性維生素K可與聚乙烯-聚乙烯醇以及空氣中的氧氣反應而生成具有強氧化性的活性氧（ROS）。這些活性氧具有高效、非選擇性殺菌殺病毒的功能。

圖2. （a）日光光照下維生素K/聚乙烯-聚乙烯醇納米纖維膜的抗大腸桿菌效果 （b）日光光照下納米纖維膜的抗李斯特菌效果 （c）日光光照下納米纖維膜的耐用性（大腸桿菌組）（d）日光光照下納米纖維膜的耐用性 （李斯特菌組）

  實驗表明，在日光照射下，制備的維生素K/聚乙烯-聚乙烯醇納米纖維膜對革蘭陰氏的埃希氏大腸桿菌以及革蘭陽氏的李斯特菌均具有高效的殺滅效果（>99.9999%）。同時，其具有優(yōu)良的耐用性能，在循環(huán)使用5次以后在日光下仍具有高效的殺菌效果。

圖3. （a）日光光照下維生素K/聚乙烯-聚乙烯醇納米纖維膜的抗T7噬菌體效果 （b）日光光照下納米纖維膜的耐用性（T7噬菌體組）（c）日光光照下納米纖維膜的抗貓傳染性腹膜炎病毒效果

  為了證明納米纖維膜具備抗病毒功能，研究人員使用了T7噬菌體病毒進行了日光光照下的抗病毒實驗。實驗表明制備的納米纖維膜在日光照射下短時間內（30 min）即具有高效的抗病毒功能（>99.9999%）。同時，實驗證明納米纖維膜在日光下具有優(yōu)秀的耐用性，在5次循環(huán)使用后仍保持高效的抗T7噬菌體病毒功能。此外，研究人員利用貓傳染性腹膜炎冠狀病毒作為人類新冠病毒的模板，進行納米纖維膜抗冠狀病毒功能的模擬。實驗結果表明在日光光照下，相對于對照組，含維生素K的納米纖維膜具有明顯的抗冠狀病毒功能。此工作證明了制備的含維生素K納米纖維膜在日光下具有高效的抗菌抗病毒功能，且具備優(yōu)秀的耐用性，為制備低毒、可循環(huán)使用、具備自清潔功能的個人防護材料提供了新思路。

  以上相關成果發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces上。論文的第一作者為加州大學戴維斯分校農(nóng)業(yè)與環(huán)境化學系博士研究生張正，通訊作者為孫剛教授。共同作者還有本校的Ahmed El-Moghazy博士，Nicharee Wisuthiphaet, Nitin Nitin教授，Diego Castillo, 以及 Brian G. Murphy 教授。

  原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.0c14883