浙理工AFM：抗菌、阻燃和传感棉织物，为智能服饰提供可能！

研究速览：

最近，浙江理工大学向双飞特聘副教授瑞士洛桑联邦理工学院费兆福博士、Paul J. Dyson教授合作在《Advanced Functional Materials》期刊上发表了一种基于离子液体的简便策略，实现了对棉织物的抗菌、阻燃和传感性能调控。纺织品的表面处理会造成大量的环境污染，通过简单的方法赋予传统织物多重功能仍然具有挑战性。作者提出通过在甲基丙烯酸 （MA） 功能化棉织物 （CF）表面共价接枝乙烯基功能离子液体 （IL），制备得到聚离子液体功能化棉织物（CF-PIL）。CF-PIL显示出高抑菌率 （BR > 99%）、优异的阻燃性 （LOI = 28.1%），以及高灵敏度和快速响应性。作者基于 CF-PIL构筑的电容电阻一体式传感器实现了机械刺激、湿度和温度传感，并成功应用于生理信号监测（呼吸、体温和机械刺激）以及高温火灾报警，未来有望用于智能消防服和智能建筑用纺织品。

要点分析：

要点一：制备CF-PIL：通过两步法制备CF-PIL。首先，使用甲基丙烯酸（MA）对棉织物进行功能化处理，通过酯化反应将MA接枝到CF表面。其次，通过紫外诱导自由基共聚反应，将1-丁基-3-乙烯基咪唑六氟磷酸盐接枝到CF-MA上，制备得到CF-PIL。

要点二：抗菌效果：CF-PIL对大肠杆菌（E. coli）和金黄色葡萄球菌（S. aureus）的抗菌率（BR）均超过95%，且在40次洗涤后仍保持良好的抗菌性能。CF-PIL-4在1小时内对两种细菌的抑制率达到99.9%。

要点三：抗菌机制：CF-PIL的阳离子基团与细菌细胞膜上的负电荷膜蛋白发生静电相互作用，破坏细胞膜，导致细胞质泄漏和细胞死亡。

图文导读

图1.CF、CF-MA 和 CF-PIL-4 的表征。a） FTIR 光谱。b） XRD 图谱。c） XPS 光谱。d） CF、e） CF-MA 和 f） CF-PIL-4 的去卷积 C1s XPS 光谱。

图2.织物的表面形态。a-c） CF、d-f） CF-MA 和 g-i） CF-PIL-4 的 SEM 图像。

图3.织物的抗菌性能。a） CF、CF-MA 和 CF-PIL 抗菌试验的光学图像以及 b） 大肠杆菌和金黄色葡萄球菌 BR 值的统计分析。c） CF-PIL-4 对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的耐洗性。d） 提出的抗菌机制示意图。e） 在 CF 和 CF-PIL-4 上培养后金黄色葡萄球菌和大肠杆菌细胞的 SEM 图像。

图4.织物的阻燃性能。CF、CF-MA 和 CF-PIL-4 在 N2下的 a） TG 和 b） DTG曲线。c） 酒精灯下的 LOI 值和损伤长度以及 d） 酒精灯下 CF-PIL-4 的照片。e） 拟议的阻燃机制示意图。f） 燃烧前 CF-PIL-4 的 EDS 图像和 CF-PIL-4 燃烧后的炭化残留物。CF、CF-MA 和 CF-PIL-4 的g） 热释放速率、h） 总热释放和 i） 总烟雾产生曲线。

图5.CF-PIL-CR-传感器的刺激响应性。CF-PIL-CR-传感器对机械刺激的 a） 电阻变化，b） 温度变化和 c） 湿度。机械刺激引起的 d） 电容变化，e） 温度和 f） 湿度变化。g） CF-PIL-CR 传感器在 10% 应变下 1000 次加载-卸载循环下的电容响应信号。h） 经过 30 次洗涤循环后，CF-PIL-CR 传感器在 1000 次 10 % 的加载-卸载循环下的电容响应信号。

结论

通过将 IL 共价接枝到 MA 改性 CF 的表面，制备了具有高抑菌减少率 （BR > 99%）、优异阻燃性 （LOI = 28.1%）、高灵敏度和快速响应性的 IL 功能化 CF，该改性技术不会牺牲 CF 固有的机械性能、透气性和柔软性。所得的基于 CF-PIL 的电容电阻传感器不仅对温度， 湿度和机械刺激敏感，而且也可以将应变和温度或湿度信号解耦。CF-PIL 织物传感器可用于高温火灾探测，当靠近或接触火焰时，可在几秒钟内提供高温预警。作者相信，这项工作提供了使用该方法开发大量（几乎无限）织物的可能性，只需改变所使用的离子液体，即可使 IL 改性纺织品具有多功能性，具有广泛的性能和应用。

全文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202425093

参考文献：A Facile Strategy Based on Ionic Liquids to Modulate the Antibacterial, Flame-Retardant, and Sensing Properties of Cotton Fabrics. Hongfu Ru, Yuchen Ma, Yilin Jin, Shuangfei Xiang, Shujun Zhao, Feiya Fu, Xiangdong Liu, Paul J. Dyson, Zhaofu Fei. Advanced Functional Materials. 2025, DOI: 10.1002/adfm.202425093.

来源：抗菌科技圈