第一作者：Yong Li
通讯作者：刘向东，刁宏燕
通讯单位：浙江理工大学，浙江大学
研究速览：
浙江大学刁宏燕教授和浙江理工大学刘向东教授近期在Chemical Engineering Journal上发表了通过单边表面工程制造受烫金启发的Janus涤纶织物，以实现单向水传输和抗菌性能的文章。具有水分管理能力的Janus织物在提高人体生理和热舒适度方面受到了广泛关注。然而，一旦内部的毛细管通道饱和，过多出汗会导致织物泛滥和芯吸能力降低，从而降低穿着者的舒适度并促进细菌生长。受烫发过程中二硫键氧化和还原行为的启发，我们创造性地使用雾状技术将丝胶和鱼精蛋白锚定在疏水性聚酯（PET）织物的单个表面上，从而实现高效的水分传输和抗菌性能。通过制造过程，丝胶与织物共价连接，产生从亲水到疏水的润湿梯度。因此，Janus PET 织物（HAJP）具有类似二极管的单向水传输特性，表现出卓越的单向传输能力（R值为1080%）。此外，鱼精蛋白静电吸附赋予HAJP织物优异的抗菌性能，有效抑制大肠杆菌（大肠杆菌）和金黄色葡萄球菌（金黄色葡萄球菌）的生长100%。即使经过50次洗涤循环和600次摩擦循环，残留的杀菌效果仍保持在94%以上。此外，得益于单向水输送和快速表面蒸发，与原始PET和棉织物等传统纺织品相比，HAJP织物可以将人体温度降低3-4°C，这意味着在炎热天气条件下具有潜在的实用性。这项工作为制造具有高抗菌性能的先进水分管理纺织品提供了新的见解和有前途的研究方向。
要点分析
要点一，研究内容：在此，作者提出了一种新颖的亲水成分 （丝胶蛋白）和抗菌成分（原胺蛋白）的新设计，用于PET织物的表面整理，使其具有同步的单向水传输和抗菌性能。首先在PET纤维中引入半胱胺以构建巯基表面，然后通过二硫键氧化对还原型丝胶蛋白溶液进行雾化处理，再通过电吸引对原胺溶液进行雾化处理。单向水传输和抗菌性能织物（HAJP）的单向水传输和抗菌性能进行了研究。此外，还测试了Janus HAJP织物的水蒸气透过率和水分蒸发率。由于采用了上述设计，Janus HAJP 织物在实际应用中表现出令人称道的湿度和热量管理性能（比原始PET织物低4.3°C）以及明显的抗菌性能。这种智能Janus织物为这种智能 Janus 织物为人类卫生和健康保护提供了新的视角，并为先进的湿度管理纺织品的研究方向。
图文导读
图1. （a）二硫键氧化和还原过程示意图。（b）雾化过程示意图。（c）HAJP织物的定向水输送和抗菌性能示意图。（d）改性 PET 织物的制备过程。（e）巯基化和丝胶接枝反应。
图2. SJP（a、d、g、j、m）、SSJP（b、e、h、k、n）和 HAJP@7.5（c、f、i、l、o）织物的 SEM 和 EDS 图谱。
图3. （a）广泛 PET 织物的 XPS 勘测光谱。（b-d）原始 PET 织物、SJP 织物和SSJP 织物的解卷积C 1s 光谱。（e-f）SJP 和 SSJP 织物的解卷积S 2p 光谱。（g）元素分布。（h））ATR-FTIR 光谱。（i）XRD 光谱。
图4.（a）丝氨酸和原胺溶液的 Zeta 电位。（b）紫外线吸光度。（c）血清素和还原型血清素的巯基含量。（d）半胱胺标准溶液的吸光度-浓度曲线。（e）三种SJP织物的巯基含量。（f）三种 HAJP 织物的丝氨酸和原胺负载能力。
图5. 对照 PET 织物和改性 PET 织物的润湿行为。（a） WCA 图像。（b） 水扩散行为图像。（c） WCA 的变化曲线。（d） 扩散直径。（e） HAJP@7.5 的吸水高度。
图6. （a） 从侧视图看水滴落在向上修正的一侧和 PET 一侧。HAJP@7.5 的定向输水能力在以下情况下得到了证明（b）改性面和（c）PET 面朝上。HAJP@7.5 织物（d） 水滴落在 PET 面时的 MMT 结果和（e） 水滴落在改性面时的 MMT 结果。（f）三种 HAJP 织物的R值。
图7.（a）抗菌测试路线。（b）抗菌测试的光学图像。（c）对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的BR值。HAJP@7.5经过（d）洗涤和（e）揉搓。（f）HAJP@7.5在摩擦循环后的 ATR-FTIR光谱。
图8.（a-b）2 mg/ml和0.2 mg/ml提取物处理 NIH-3 T3 细胞 24 小时后的细胞毒性。（c）用不同浓度的 HAJP@7.5 提取物处理 NIH-3T3 细胞的细胞毒性。（d，e）用不同浓度的提取物检测 HAJP@7.5 织物的凋亡细胞。
结论
总之，作者展示了一种完全蛋白质改性的PET织物，通过在PET织物厚度上建立抗菌表面和润湿梯度，采用自主开发的雾化工艺实现了同步抗菌特性和单向水传输。Janus HAJP织物的制造工艺简单、高效、环保，不需要额外的化学交联剂。作者创造性地选择了半胱胺来蚀刻PET表面，并为随后的接枝工艺提供活性位点，然后通过共价连接将亲水性丝胶分子进行化学接枝。最后，对上述改性表面进行原胺处理，通过电子吸引赋予其抗菌特性。最终制成的Janus HAJP织物具有高效持久的抗菌活性，对大肠杆菌或金黄色葡萄球菌的BR率超过94%（经过50次洗涤和600次摩擦），同时还具有明显的降温效果（比原始PET低4.3°C）。因此，改性PET织物能有效防止细菌的入侵和生长，形成更舒适、更健康的保护屏障，且不会影响皮肤安全。预计这种PET织物将为为Janus织物的功能性应用提供新的见解。
全文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.158456
参考文献：.Yong Li, Xi Liu, Shuangfei Xiang, Shujun Zhao, Feiya Fu, Hongyan Diao, Xiangdong Liu, Fabrication of perm-inspired Janus polyester fabric via unilateral surface engineering for unidirectional water transport and antibacterial properties, Chemical Engineering Journal.
DOI: 10.1016/j.cej.2024.158456
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