苏大周宇阳、都柏林大学张楠/王文新《ACS AMI》：全生物基微纳结构聚乳酸抗菌防紫外薄膜的批量化加工技术

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苏州大学周宇阳博士与爱尔兰都柏林大学助理教授张楠博士、王文新教授在《ACS Applied Materials & Interfaces》期刊上发表了题为“Toward the Scalable Fabrication of Fully Bio-Based Antimicrobial and UVB-Blocking Transparent Polylactic Acid Films That Incorporate Natural Coatings and Nanopatterns”的文章（DOI: 10.1021/acsami.2c15416）。本课题采用热纳米压印（Thermal Nanoimprinting Lithography）和超声雾化喷涂（Ultrasonic Atomization Spray Coating）两种适用于薄膜的批量化加工技术，分别结合具有微纳米锥形孔的阳极氧化铝模板（Conical Porous Anodic Aluminum Oxide Template）和自制的天然多酚墨水，在聚乳酸薄膜表面批量化构造出全生物基抗菌、低UVB透过的微纳米结构（如图1）。微纳米结构与天然多酚涂层的共同作用，赋予了聚乳酸薄膜高效安全的杀菌功能和防紫外线功能，具有在食品包装、医用防护等多领域的应用前景。

图1 利用热纳米压印和超声雾化喷涂技术制造抗菌、防紫外聚乳酸薄膜示意图

首先采用氧气等离子体对聚乳酸薄膜进行亲水化预处理（图2-1），使后续超声雾化喷涂中的微米级液滴更易在薄膜表面铺展；经热纳米压印后，聚乳酸薄膜表面形成形貌规则的微纳米圆台簇（图2-2）；天然多酚涂层光透性好，保持了聚乳酸薄膜原有的透明性，手指摩擦模拟测试表明该涂层具有一定的耐干、湿摩擦特性（图2-3）。

图2 氧气等离子体处理前后接触角变化（a），热纳米压印后表面形貌（b），干湿摩擦耐久测试（c）

在微纳米结构与天然多酚涂层的双重作用下，经修饰的聚乳酸薄膜在24小时内的抑菌率达98%以上，优于仅用微纳米结构或天然多酚涂层的抗菌性，且对UVB波段的紫外线具有良好的吸收阻隔功能（图3）；经alamarBlue和活死细胞染色测试，结果表明该天然多酚涂层具有良好的细胞相容性，为其在食品包装、生物医疗等领域的应用奠定了基础（图4）。

图3 抗菌和紫外线透过测试

图4 细胞活性测试

为实现全生物基抗菌、防紫外聚乳酸薄膜的连续化生产，本文对生产流程进行连续化工业设计，主要包括等离子体预处理（I）、辊涂（II）、卷对卷纳米压印（III）三个环节，并估算了生产成本（图5）。

图5 连续化生产工业设计

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c15416

作者简介

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周宇阳博士目前任苏州大学纺织与服装工程学院校优秀青年学者、硕士生导师，主要研究纺织品清洁染整加工技术、功能性高分子材料，已获国家自然科学基金青年科学基金项目、中国博士后科学基金面上资助项目等多项资助。

http://textile.suda.edu.cn/36/f9/c6545a472825/page.htm

张楠博士是爱尔兰都柏林大学机械与材料学院助理教授，主要研究聚合物材料微纳制造、微流控芯片制造以及基于微流控技术的纳米药物合成及分子诊断；已获得欧盟玛丽居里协同创新网络及爱尔兰政府项目4.5M欧元支持。张楠博士是第六及八届聚合物纳米复制技术国际会议（PRN2019/2022）主席及微流控工业化国际组织“The Microfluidic Association”理事会成员。

https://www.nanzhangteam.com

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