苏州大学李刚教授课题组 Appl. Surf. Sci.: 兼具抗菌和防蛀功能的羊毛织物
羊毛纤维具有优异的亲肤保暖性、舒适透气性和生物降解性等优点，一直以来备受人们的关注。由于羊毛属于天然蛋白纤维，作为纺织工业的重要原料，在使用过程中容易滋生细菌和蛀虫，从而导致霉变和降解，甚至导致皮肤感染和疾病的传播。因此，开发具有持久抗菌和防蛀特性的羊毛织物，具有重要价值。该项研究探讨了改性 L-精氨酸 （M-Arg）和聚六亚甲基胍盐酸盐（PHMG）的合成及其在羊毛纤维、纱线及其织物表面改性中的应用，并采用革兰氏阳性菌（金黄色葡萄球菌）和革兰氏阴性菌（大肠杆菌）评估了功能改性之后的羊毛织物的抗菌和防蛀效果（图1）。结果显示，经过功能改性处理的羊毛纤维的抗菌性能明显高于未经处理的羊毛纤维，高达99.64±1.04%和96.47±2.14%，且展现出良好的耐洗涤性和防蛀性能。该研究证实了所开发的抗菌防蛀羊毛织物不仅具有优良的抗菌性能、防蛀性能和耐水洗性，而且不会对环境造成污染，还能够提高羊毛织物的产品附加值，促进羊毛在高档纺织品领域的发展。
2024年10月1日，苏州大学现代丝绸国家工程实验室李刚教授课题组设计开发了一种利用 M-Arg/PHMG和 ZnO对羊毛织物进行抗菌防蛀功能改性技术，这项研究为功能化改性羊毛织物提供了新的思路。该项工作以“Antibacterial and mothproofing wool fabrics modified by M-Arg/PHMG and ZnO”为题发表在国际学术期刊Applied Surface Science上。苏州大学博士生孟祥有和硕士生南清清为共同第一作者，苏州大学李刚教授为通讯作者，合作作者还包括苏州大学硕士研究生曾庆红、张珏实验师、刘帅副教授、郑兆柱副教授和王晓沁教授，以及四川大学谭淋副教授。该工作得到了科技部国家重点研发计划、科技部国际合作司项目和国家自然科学基金面上项目等项目的支持。
羊毛是一种天然蛋白质纤维，以其细腻、柔软、舒适和轻盈等优良特性，成为纺织工业的重要原料。然而，羊毛易滋生细菌和病菌，导致霉变、降解及疾病传播，同时也受到蛀虫的侵害，加速了其损坏和分解。传统抗菌防蛀羊毛织物面临工艺复杂、功能单一和持久性差等问题。为此，苏州大学李刚教授研究团队采用澳洲羊毛作为原材料，结合等离子体处理技术，有效增强了M-Arg和聚六亚甲基胍盐酸盐（PHMG）的附着能力，成功开发出一种具有M-Arg/PHMG/ZnO复合涂层的长效抗菌防蛀羊毛（MPN-Fiber）。采用等离子体处理技术不仅调控了羊毛纤维的表面形貌，还改变了氨基酸基团的含量（如半胱氨酸转化为一氧化二胱氨酸/二氧化物，如图2所示），为PHMG和M-Arg提供了丰富的活性吸附位点，从而显著提升了抗菌材料的附着量和牢度。热重分析测试表明，该抗菌涂层具有优良的热稳定性，有利于在不同环境下保持羊毛织物的抗菌性能。此外，该研究还优化了ZnO纳米颗粒的原位合成条件，使其在羊毛上的附着性和防蛀效果显著提升。经M-Arg/PHMG/ZnO处理的羊毛纤维具有良好的防蛀效果，且处理后的羊毛保持良好的透气性，与未处理织物无显著差异（p>0.5）。抗菌测试结果显示：处理后的羊毛对两种细菌（E. coli，99.60±1.04%；S. aureus，96.47±2.14%）均表现出显著的抗菌效果，并在经过多次加强洗涤后仍保持显著的抗菌性能，展示了其在抗菌防蛀羊毛相关产品领域的应用推广潜力。
图1. M-Arg/PHMG/ZnO抗菌防蛀功能改性羊毛纤维织物的制备流程及表征
图2. 等离子体技术对羊毛纤维进行表面修饰前后的力学性能和表面形貌
图3. ZnO在 M-Arg/PHMG/ZnO抗菌防蛀功能改性羊毛纱线的表面元素分布
图4. M-Arg/PHMG/ZnO抗菌防蛀功能改性羊毛纤维织物的抗菌性能及耐水洗性能测试
上述研究结果表明，该团队开发的M-Arg/PHMG/ZnO抗菌防蛀功能改性羊毛纤维织物具有优良的服用舒适性能、抗菌防蛀性能、环境友好和长期保存性能；该研究有望应用于开拓高档羊毛纺织产品领域，具有潜在的商业应用价值。该项工作是团队近期在健康功能纺织纤维材料相关研究的最新进展之一（Chemical Engineering Journal 490 (2024) 151827.；SusMat, 2024, 4(4): e207.)。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2024.161341
通讯作者简介：李刚，教授，博士生导师，苏州大学现代丝绸国家工程实验室主任助理、党支部书记。江苏省第十五批“六大人才高峰”高层次人才、江苏省侨联青年委员会委员、姑苏区侨联副主席、苏州市侨青会常委、香港理工大学江苏校友会副会长。东华大学硕士、香港理工大学博士、美国塔夫茨大学访问学者（合作导师：美国工程院David Kaplan院士）。长期在丝蛋白生物材料、医用和智能健康纺织材料等多领域展开跨学科研究。在Biomaterials、Bioactive materials和Chemical Engineering Journal等权威期刊发表学术论文150余篇。主持国家重点研发计划课题、国家自然科学基金面上项目等项目30余项，曾获2023年中国纺织工业联合会优秀专利奖、2022年江苏省十大行业优秀成果奖、2022年第八届中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛全国总决赛金奖指导老师、“香港首届创新大赛”冠军等荣誉。已授权国内外专利50余件。主要学术兼职为中国生物材料学会智能仿生生物材料分会委员、中国科协培训和人才服务中心评审专家、国家自然科学基金函评专家、中国博士后基金和“霍英东”科教奖评审专家、Journal of Fiber Bioengineering Informatics副主编、《产业用纺织品》编委、《丝绸》青年编委、Frontiers in Bioengineering and Biotechnology等杂志编委。
