近日，江南大學紡織科學與工程學院/針織技術教育部工程研究中心馬丕波教授團隊在綜合性國際期刊《Nature Communications》上發(fā)表題為“Biomimetic Janus Membrane with Spongy Channels for Directional Liquid Transport”的期刊論文。實現(xiàn)了江南大學紡織科學與工程學院以第一單位在Nature子刊發(fā)表論文零的突破。
江南大學紡織科學與工程學院2022級碩士研究生鄺小菊（指導教師：馬丕波）與澳大利亞皇家墨爾本理工大學張振方博士為論文共同第一作者；江南大學馬丕波教授、賀海軍副教授與新加坡國立大學Seeram Ramakrishna教授為論文共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金（52303054, 52373058），江蘇省自然科學基金（BK20231056），中國博士后科學基金（2022TQ0123），中央高校基本科研業(yè)務費（JUSRP123005）等項目資助。
論文全文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-64964-0
1.文字概述
在“健康中國”戰(zhàn)略推動全民健身與“輕戶外”生活方式蓬勃興起的雙重背景下，單向?qū)窆δ芗徔椘返闹匾匀找嫱癸@。通過構(gòu)建皮膚表面的“動態(tài)干爽區(qū)”，主動將汗液迅速排出體外，從而有效防止因汗液滯留導致的失溫風險，為大眾運動安全與舒適提供保障。然而，目前該類產(chǎn)品在實際應用中仍面臨關鍵技術瓶頸：由于表面蒸發(fā)性能不足，導致水分傳導效率顯著降低，使穿著者產(chǎn)生明顯的濕熱感和粘膩感，整體舒適度欠佳。這一問題在專業(yè)運動員高強度訓練或比賽場景中尤為突出——大量汗液無法被及時有效地導出和蒸發(fā)，嚴重阻礙人體散熱調(diào)節(jié)，不僅影響體溫平衡，更直接制約運動表現(xiàn)的穩(wěn)定性與持續(xù)性。
針織中心研究團隊受植物蒸騰作用中葉片多級孔隙結(jié)構(gòu)與液體輸運機制的啟發(fā)，創(chuàng)新設計出一種集成“縱向傳輸通道+海綿狀連通孔洞”的Janus納米纖維膜。通過引入三維螺旋納米纖維膜作為中間功能層，成功構(gòu)建了類葉片海綿組織結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)能夠?qū)⑵つw表面的汗液迅速抽離并定向傳輸且存儲，從而確保皮膚接觸面的持久干爽。隨后，存儲水分由蒸發(fā)界面驅(qū)動，通過上表層縱向通道逐步排出，實現(xiàn)了“高效導濕”與“自主蒸發(fā)”兩個過程的解耦與分步進行，有效突破了傳統(tǒng)面料因表面蒸發(fā)性能不足而制約液體傳輸效率的技術難題。同時，利用多巴胺介導界面調(diào)控策略，協(xié)同優(yōu)化膜層的孔隙結(jié)構(gòu)與潤濕性能，實現(xiàn)了纖維膜液體定向傳輸行為可控定制。該Janus纖維膜表現(xiàn)出卓越的綜合性能：單向傳輸指數(shù)（MMT）高達1250%，油水分離效率達到98.92%，并具備13860.77 L·m?2·h?1的高通量分離能力。此外，該膜可與傳統(tǒng)機織或針織面料復合，在保持織物原有柔軟性與穿著舒適度的基礎上，顯著提升其濕度管理能力（透濕量增加59%）與熱管理性能（降溫達3.3 ℃），為穿著者營造持久干爽的微氣候環(huán)境。
這項研究通過材料-結(jié)構(gòu)一體化的梯度設計，成功將仿生螺旋結(jié)構(gòu)、多級孔隙調(diào)控與不對稱潤濕性進行系統(tǒng)性整合，為開發(fā)下一代高性能單向?qū)癫牧咸峁┝藙?chuàng)新性的解決方案。該技術不僅在功能性紡織品領域具有突破性意義——能夠?qū)崿F(xiàn)更高效的人體熱濕管理，同時在工業(yè)油污處理、大氣霧氣收集等多元場景也展現(xiàn)出廣闊的應用前景，標志著液體定向傳輸控制技術向?qū)嶋H應用邁出了關鍵一步。
2.圖文導讀
圖1 Janus復合纖維膜的三維結(jié)構(gòu)設計及液體定向傳輸性能