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病原空氣凈化已成為感染防控的重要組成部分。現有的空氣過濾器大多難以同時達到優良的空氣過濾性能和有效滅活空氣中的病原體。最近，東華大學科研團隊報道了一種自下而上的方法，通過結合電紡二氧化硅納米纖維、細菌纖維素納米纖維和疏水性 Si-O-Si 彈性粘合劑，構建具有可再生抗菌性能的籠狀結構超柔性納米纖維氣凝膠（CSA）。
圖1 a) 顯示 CSA 制造的插圖。b)氣凝膠表面斥水的動態測量光學照片。c)氣凝膠的可折疊特性。d)一張光學照片，顯示人的頭發支撐著氣凝膠（密度為 0.28 mg cm-3）而沒有變形。e)大尺度二氧化硅納米纖維膜和尺寸約為 30 cm × 40 cm × 1 cm 的氣凝膠的光學照片。f-i) 不同放大倍數下制備的氣凝膠的微觀結構。
圖2 a)氣凝膠籠狀結構的形成機制，?《AFM》分層籠狀超柔納米纖維氣凝膠，實現可。b) 作用在 BC 納米纖維上的力的圖示。c)BC 分子模型和代表性 d) Si-O-Si網絡模型的理論上優化的幾何形狀和平衡校正的相互作用能。e-h) 分別來自 0、10、20 和 30 wt% 的各種 BC 含量的籠狀結構氣凝膠的 SEM 圖像。i) 具有不同 BC 納米纖維含量的 CSA 的孔徑分布。j)來自不同 BC 含量的氣凝膠的 PM0.3 去除效率和壓降。k) 空氣過濾過程中 CSA-0 和 CSA-20 的模擬氣流壓力場。
以下 N-鹵胺化合物的有效接枝賦予 CSA 殺菌功能。由此產生的氣凝膠具有高孔隙率、疏水性、超彈性、可折疊性、可再生氯化能力 (>5400 ppm)、對 PM0.3 的高過濾性能 (>99.97%, 189 Pa) 以及優異的抗菌和抗病毒活性 (6 log 5 分鐘內減少），使氣凝膠能夠攔截和滅活空氣中的致病污染物。CSA的成功合成為設計用于公共衛生保護的高性能空氣過濾材料提供了新的可能性。
圖3 a) 具有各種最大應變的 CSA 的壓縮應力與應變曲線。b) 50% 應變下 1000 次循環壓縮。c)作為測試循環函數的最大應力、楊氏模量和能量損失系數。d) 氣凝膠的粘彈性。e)所選低密度蜂窩材料的楊氏模量 (E/Es) 和密度 (ρ/ρs) 之間的關系。f)作為壓縮循環函數的儲能模量、損耗模量和阻尼比。g）具有各種最大屈曲應變的氣凝膠的應力-應變曲線。h) 1000 次循環屈曲實驗，應變為 100%。i) 氣凝膠在 100000 次循環屈曲循環中的儲能模量、損耗模量和阻尼比。
圖4 a) 顯示氣凝膠的空氣過濾程序的插圖。b)10 次循環氯化實驗中氣凝膠的活性氯含量。c)分別在 0 和 2000 年 COD 條件下制備的 CSA 和 CSA-Cl 對大腸桿菌的殺菌動力學。d)針對 CSA 和 CSA-Cl 的噬菌體的殺生物試驗。e)CSA-Cl 的可再生抗菌和抗病毒特性。f)含病毒的氣溶膠發生器和使用氣凝膠和3M 過濾器的抗病毒測試。g,h)選定的三個過濾器區域的抗病毒特性。
相關論文以題為Tailoring Nanonets-Engineered Superflexible Nanofibrous Aerogels with Hierarchical Cage-Like Architecture Enables Renewable Antimicrobial Air Filtration發表在《Advanced Functional Materials》上。通訊作者是東華大學斯陽特聘研究員，和丁彬教授。
參考文獻：
doi.org/10.1002/adfm.202107223
封面圖源自于圖蟲創意
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