全球医疗技术的快速发展将多功能材料定位为科学研究与创新的关键焦点。为了应对持续的全球公共卫生挑战和日益增长的环境担忧，开发具有集成自充电、抗菌和生物降解特性的先进材料变得至关重要。本研究利用静电纺丝技术开发了一种新型纳米纤维材料，在呼吸防护口罩、伤口敷料和血管移植物方面显示出巨大的潜力。

近日，深圳技术大学陈志翔助理教授和刘清侠院士团队在期刊《Chemical Engineering Journal》上，发表了最新研究成果“Self-charging, antibacterial, and biodegradable functional materials prepared by electrospinning: for masks, wound dressings, and vascular grafts”。研究者通过静电纺丝技术，制备出集自充电、抗菌、可生物降解的三层功能材料（PDMS@PLA/CA/Ag@PLA），三层的协同作用使材料实现了显著的性能：在高湿度条件下实现自充电（电荷密度为2200 nC/m2）、高效抗菌性（体外抗菌率为99.9%），以及15天内完全生物降解。

此外，多层纤维网络形成了一个三维微纳米多孔结构，赋予复合膜高柔韧性、适中的拉伸性、优异的透气性和卓越的结构稳定性。这项研究提出了先进医疗材料的新型制造策略，为临床应用提供了可靠的科学基础。开发的复合材料在医疗和环境领域具有重大突破的潜力，解决了医疗和可持续性方面的关键挑战。

图1：复合纳米纤维膜的制备工艺及性能特点。

PLA-CA纳米纤维膜在接触分离过程中的电荷密度达到2200 nC/m²，是商业PP纤维的5.5倍（图1b）。Ag@PLA纳米纤维膜对大肠杆菌（E.coli）表现出显著的抗菌功效，膜上扭曲和塌陷的细菌形态证明了这一点，与在商业聚丙烯材料上观察到的完整杆状细菌形成鲜明对比（图1d）。此外，Ag@PLA纳米纤维膜的降解产物表现出低且可控的生物毒性。

图2：自充电过滤口罩性能的各个方面以及与商业口罩的比较。

如图2a所示，PDMS@PLA和Ag@PLA纳米纤维膜分别充当外层和内层的电子供体，而负电CA层充当电子受体。在吸气-呼气循环中，气流诱导的CA和摩擦层之间的接触和分离促进了电子从PLA到CA的转移。该过程在CA表面产生电荷积累（图2b），显着提高了颗粒和细菌的静电过滤效率。同时，自充电面罩在不同的湿度条件下也表现出显著的稳定性（图2f和2g）。

图3：伤口愈合实验和评估的各个方面。

图3b描绘了用Ag@PLA复合敷料处理的小鼠伤口模型，该模型具有三层结构，旨在实现最佳伤口管理。最内层由抗菌亲水Ag@PLA纤维组成，可防止细菌感染和炎症，中间层由高亲水性CA纤维制成，可有效吸收伤口渗出液，而最外层的超疏水PDMS@PLA层可防止外部污染和细菌粘附（图3c），这种分层设计确保了高效的渗出液管理。

图4：具有高生物相容性和可降解性的血管移植物。

静电纺丝复合膜具有独特的多孔结构，有利于营养物质的渗透和细胞浸润，从而促进细胞生长。为了评估它们对血管移植物制造的适用性，对PLA和CA纤维膜进行了表面改性和组装，如图4a所示。血管移植物包括亲水修饰的m-PLA（图4b）的内层和交联修饰的m-CA的外层（图4c）。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.166917

人物简介：

陈志翔，助理教授，深圳鹏城孔雀特聘岗C类人才，博士/博士后毕业于加拿大阿尔伯塔大学，共发表SCI论文30余篇，其中以第一作者/通讯作者在Joule, Nano Energy等期刊发表17篇，申请发明专利15项，其中授权7项，主持广东省面上等省市校级项目5项，校企合作1项。主要围绕下一代电池体系的关键材料和器件构筑方法、储能器件拆解和能源材料回收利用开展交叉研究，开展高性能储能器件构筑和能源关键材料回收的化学原理、新方法与新技术研究，助力新型储能器件开发以及能源关键材料回收的产业应用示范。

刘清侠，深圳技术大学未来技术学院院长，深圳技术大学讲席教授，新材料与新能源学院表面与界面前沿科学和应用工程中心主任。加拿大工程院院士，加拿大清洁煤炭及矿物加工研究中心创始人兼主任，加拿大阿尔伯塔大学终身教授，国际著名资源开发及环境保护领域专家学者。对物质表面和界面分子间作用力的基础理论有深刻的研究和见解。在资源利用、石油和矿山开采、环境保护、清洁能源及新材料研发等方面均取得了突出的研究成果。先后在国际权威期刊发表学术论文220篇。获美国专利授权27项，中国专利授权20项，并且部分专利成功得到商业应用，在把知识转化为实际应用方面有着杰出的成就。