蘇州大學李剛教授課題組 Appl. Surf. Sci.: 兼具抗菌和防蛀功能的羊毛織物
羊毛纖維具有優異的親膚保暖性、舒適透氣性和生物降解性等優點，一直以來備受人們的關注。由于羊毛屬于天然蛋白纖維，作為紡織工業的重要原料，在使用過程中容易滋生細菌和蛀蟲，從而導致霉變和降解，甚至導致皮膚感染和疾病的傳播。因此，開發具有持久抗菌和防蛀特性的羊毛織物，具有重要價值。該項研究探討了改性 L-精氨酸 （M-Arg）和聚六亞甲基胍鹽酸鹽（PHMG）的合成及其在羊毛纖維、紗線及其織物表面改性中的應用，并采用革蘭氏陽性菌（金黃色葡萄球菌）和革蘭氏陰性菌（大腸桿菌）評估了功能改性之后的羊毛織物的抗菌和防蛀效果（圖1）。結果顯示，經過功能改性處理的羊毛纖維的抗菌性能明顯高于未經處理的羊毛纖維，高達99.64±1.04%和96.47±2.14%，且展現出良好的耐洗滌性和防蛀性能。該研究證實了所開發的抗菌防蛀羊毛織物不僅具有優良的抗菌性能、防蛀性能和耐水洗性，而且不會對環境造成污染，還能夠提高羊毛織物的產品附加值，促進羊毛在高檔紡織品領域的發展。
2024年10月1日，蘇州大學現代絲綢國家工程實驗室李剛教授課題組設計開發了一種利用 M-Arg/PHMG和 ZnO對羊毛織物進行抗菌防蛀功能改性技術，這項研究為功能化改性羊毛織物提供了新的思路。該項工作以“Antibacterial and mothproofing wool fabrics modified by M-Arg/PHMG and ZnO”為題發表在國際學術期刊Applied Surface Science上。蘇州大學博士生孟祥有和碩士生南清清為共同第一作者，蘇州大學李剛教授為通訊作者，合作作者還包括蘇州大學碩士研究生曾慶紅、張玨實驗師、劉帥副教授、鄭兆柱副教授和王曉沁教授，以及四川大學譚淋副教授。該工作得到了科技部國家重點研發計劃、科技部國際合作司項目和國家自然科學基金面上項目等項目的支持。
羊毛是一種天然蛋白質纖維，以其細膩、柔軟、舒適和輕盈等優良特性，成為紡織工業的重要原料。然而，羊毛易滋生細菌和病菌，導致霉變、降解及疾病傳播，同時也受到蛀蟲的侵害，加速了其損壞和分解。傳統抗菌防蛀羊毛織物面臨工藝復雜、功能單一和持久性差等問題。為此，蘇州大學李剛教授研究團隊采用澳洲羊毛作為原材料，結合等離子體處理技術，有效增強了M-Arg和聚六亞甲基胍鹽酸鹽（PHMG）的附著能力，成功開發出一種具有M-Arg/PHMG/ZnO復合涂層的長效抗菌防蛀羊毛（MPN-Fiber）。采用等離子體處理技術不僅調控了羊毛纖維的表面形貌，還改變了氨基酸基團的含量（如半胱氨酸轉化為一氧化二胱氨酸/二氧化物，如圖2所示），為PHMG和M-Arg提供了豐富的活性吸附位點，從而顯著提升了抗菌材料的附著量和牢度。熱重分析測試表明，該抗菌涂層具有優良的熱穩定性，有利于在不同環境下保持羊毛織物的抗菌性能。此外，該研究還優化了ZnO納米顆粒的原位合成條件，使其在羊毛上的附著性和防蛀效果顯著提升。經M-Arg/PHMG/ZnO處理的羊毛纖維具有良好的防蛀效果，且處理后的羊毛保持良好的透氣性，與未處理織物無顯著差異（p>0.5）。抗菌測試結果顯示：處理后的羊毛對兩種細菌（E. coli，99.60±1.04%；S. aureus，96.47±2.14%）均表現出顯著的抗菌效果，并在經過多次加強洗滌后仍保持顯著的抗菌性能，展示了其在抗菌防蛀羊毛相關產品領域的應用推廣潛力。
圖1. M-Arg/PHMG/ZnO抗菌防蛀功能改性羊毛纖維織物的制備流程及表征
圖2. 等離子體技術對羊毛纖維進行表面修飾前后的力學性能和表面形貌
圖3. ZnO在 M-Arg/PHMG/ZnO抗菌防蛀功能改性羊毛紗線的表面元素分布
圖4. M-Arg/PHMG/ZnO抗菌防蛀功能改性羊毛纖維織物的抗菌性能及耐水洗性能測試
上述研究結果表明，該團隊開發的M-Arg/PHMG/ZnO抗菌防蛀功能改性羊毛纖維織物具有優良的服用舒適性能、抗菌防蛀性能、環境友好和長期保存性能；該研究有望應用于開拓高檔羊毛紡織產品領域，具有潛在的商業應用價值。該項工作是團隊近期在健康功能紡織纖維材料相關研究的最新進展之一（Chemical Engineering Journal 490 (2024) 151827.；SusMat, 2024, 4(4): e207.)。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2024.161341
通訊作者簡介：李剛，教授，博士生導師，蘇州大學現代絲綢國家工程實驗室主任助理、黨支部書記。江蘇省第十五批“六大人才高峰”高層次人才、江蘇省僑聯青年委員會委員、姑蘇區僑聯副主席、蘇州市僑青會常委、香港理工大學江蘇校友會副會長。東華大學碩士、香港理工大學博士、美國塔夫茨大學訪問學者（合作導師：美國工程院David Kaplan院士）。長期在絲蛋白生物材料、醫用和智能健康紡織材料等多領域展開跨學科研究。在Biomaterials、Bioactive materials和Chemical Engineering Journal等權威期刊發表學術論文150余篇。主持國家重點研發計劃課題、國家自然科學基金面上項目等項目30余項，曾獲2023年中國紡織工業聯合會優秀專利獎、2022年江蘇省十大行業優秀成果獎、2022年第八屆中國國際“互聯網+”大學生創新創業大賽全國總決賽金獎指導老師、“香港首屆創新大賽”冠軍等榮譽。已授權國內外專利50余件。主要學術兼職為中國生物材料學會智能仿生生物材料分會委員、中國科協培訓和人才服務中心評審專家、國家自然科學基金函評專家、中國博士后基金和“霍英東”科教獎評審專家、Journal of Fiber Bioengineering Informatics副主編、《產業用紡織品》編委、《絲綢》青年編委、Frontiers in Bioengineering and Biotechnology等雜志編委。
