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  根據(jù)2018年世界衛(wèi)生組織的年度報(bào)告顯示，20億人在飲用被污染的水源，45億人并無(wú)有效方法來(lái)凈化水源，這種情況無(wú)疑增加了患病危險(xiǎn)，危害公共健康。通常，膜過(guò)濾技術(shù)可以有效的阻斷水中細(xì)菌的傳播，但是沒(méi)有將其殺滅。此外，由于細(xì)菌的粘附作用可以使得其在過(guò)濾材料表面長(zhǎng)時(shí)間的存活繁殖，進(jìn)而形成具有抗藥性的生物膜。這不僅大大降低了材料的過(guò)濾效率及使用壽命，更重要的是大大增加了病菌的傳播風(fēng)險(xiǎn)。

  針對(duì)上述問(wèn)題，加州大學(xué)戴維斯分校的孫剛教授與Nitin Nitin 教授科研團(tuán)隊(duì)合作開(kāi)發(fā)出一種同時(shí)具備殺菌和抗細(xì)菌粘附功能的納米纖維材料。通過(guò)將熔融自由基接枝聚合和表面交聯(lián)的方法分別將具有可再生殺菌功能的鹵胺結(jié)構(gòu)和改性后具有兩性離子結(jié)構(gòu)的聚乙烯亞胺固定在聚乙烯-聚乙烯醇的聚合高分子鏈上。該納米纖維膜可以通過(guò)建立三個(gè)層次的防護(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)菌污染的飲用水的高效凈化以及維持納米纖維膜自身的長(zhǎng)效清潔：（1）在最初期，利用結(jié)合在纖維膜表面的水合層來(lái)減少病菌或其他生物污染物與其接觸；（2）當(dāng)病菌接觸到纖維膜上的鹵胺結(jié)構(gòu)，會(huì)被立刻殺死。而鹵胺結(jié)構(gòu)可以經(jīng)氯漂后再生；（3）產(chǎn)生的細(xì)胞殘片或其他生物污染物可以被輕易的沖洗，從而維持纖維膜的清潔。

圖1. （a）抗菌抗粘附納米纖維膜的制備過(guò)程及工作原理 （b）納米纖維膜的結(jié)構(gòu)

  實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明, 該納米纖維膜的活性氯含量高達(dá)約4500 ppm。在這些活性氯的作用下，即使引入了大量有機(jī)物 （COD = 1000 mg/L），納米纖維膜對(duì)革蘭陰氏的埃希氏大腸桿菌以及革蘭陽(yáng)氏的李斯特菌依然表現(xiàn)優(yōu)異的滅殺效果。此外， 這種殺菌功能可以被循環(huán)使用并且可以長(zhǎng)期儲(chǔ)存。

圖2. 在（a）COD = 0 和（b）COD = 1000 的條件下，氯化纖維膜滅殺大腸桿菌和李斯特菌的效果（c）氯化纖維膜的循環(huán)殺菌功能和（d）殺菌功能的存儲(chǔ)穩(wěn)定性

  為了研究纖維膜的抗生物粘附性能， 研究人員使用了帶有生物熒光信號(hào)的大腸桿菌進(jìn)行了吸附和脫附實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在有過(guò)量的自由水條件下，通過(guò)形成水合層，纖維膜可以有效的減少大腸桿菌的粘附。在脫附實(shí)驗(yàn)中， 改性后的纖維膜在30分鐘內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)99.9999% 細(xì)菌脫附，極大的提高了膜的清潔效率，保證了長(zhǎng)效的高通量水凈化應(yīng)用。

圖3. 在（a）少水和（b）富水環(huán)境下，纖維膜的抗細(xì)菌粘附效果 （c）和（d）纖維膜的細(xì)菌脫附效果

  以上相關(guān)研究成果以 “Chlorine Rechargeable Biocidal N-Halamine Nanofibrous Membranes Incorporated with Bifunctional Zwitterionic Polymers for Efficient Water Disinfection Applications”為題發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces 上，該論文第一作者為加州大學(xué)戴維斯分校生物與農(nóng)業(yè)工程系博士研究生馬悅，通訊作者為孫剛教授。共同作者還有本校的Jiyoon Yi, 潘博豐，以及Nitin Nitin教授。

  原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.0c14856