近期，浙江大學(xué)陳志杰研究員團(tuán)隊和香港理工大學(xué)馬凱凱助理教授團(tuán)隊合作，制備出一種基于四噻吩乙烯（TTE，Tetrathienylethene）的多孔織物復(fù)合材料。

該材料通過獨特的分子設(shè)計實現(xiàn)了高效光催化抗菌功能——當(dāng)受到溫和光照（光強度約 4.71W/m2）激發(fā)時，織物復(fù)合材料表面可高效產(chǎn)生具有抗菌活性的活性氧物種。

研究結(jié)果顯示，在可見光照射下，該材料僅需 1 小時即可對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌實現(xiàn)接近 100% 的殺菌率。與此同時，它還具有良好的生物相容性和可重復(fù)使用性。

這一特性使其在醫(yī)療防護(hù)領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價值?；谄涓咝У墓獯呋咕蜐撛诳共《灸芰?，這種新型織物復(fù)合材料可廣泛應(yīng)用于醫(yī)療防護(hù)服、醫(yī)用口罩等防護(hù)裝備的制造，亦可作為智能傷口敷料使用。

該研究為解決日益嚴(yán)峻的細(xì)菌耐藥性問題提供了創(chuàng)新性的材料解決方案，其光響應(yīng)特性為開發(fā)環(huán)境友好型抗菌材料開辟了新途徑。

（來源：PNAS）

近日，相關(guān)論文以《基于四噻吩乙烯的多孔框架復(fù)合材料用于增強光催化抗菌活性》（Tetrathienylethene-based porous framework composites for boosting photocatalytic antibacterial activity）為題發(fā)表在PNAS[1] 上。

浙江大學(xué)博士后馬思（即將入職紹興文理學(xué)院）是第一作者，浙江大學(xué)研究員陳志杰、香港理工大學(xué)助理教授馬凱凱、香港理工大學(xué)簡志偉教授擔(dān)任共同通訊作者。

圖丨相關(guān)論文（來源：PNAS）

傳統(tǒng)抗菌技術(shù)依賴化學(xué)消毒劑或抗生素，但易引發(fā)耐藥性問題，且存在環(huán)境污染等局限性。相比之下，光催化抗菌技術(shù)通過光照激活材料產(chǎn)生活性氧殺滅細(xì)菌，具有高效、可持續(xù)等顯著優(yōu)勢。

然而，現(xiàn)有光催化材料普遍面臨可見光利用率低、穩(wěn)定性差以及生物相容性不足等一系列挑戰(zhàn)。

該研究結(jié)合了浙江大學(xué)化學(xué)系和香港理工大學(xué)時裝及紡織學(xué)院各自的專業(yè)優(yōu)勢展開。研究人員選擇金屬有機(jī)框架（MOF，Metal-organic frameworks）作為突破口，這類材料因其結(jié)構(gòu)多樣性和功能可調(diào)性，最近逐漸發(fā)展為光催化應(yīng)用的理想平臺。

陳志杰課題組首先基于 TTE 開發(fā)出多孔框架材料 Zr-TSS-1，在此基礎(chǔ)上，馬凱凱課題組將其組裝到細(xì)菌纖維素（BC，bacterial cellulose）基底上，構(gòu)筑了穩(wěn)定的復(fù)合材料 Zr-TSS-1@BC。

圖丨陳志杰（左）與馬凱凱（右）（來源：課題組）

通過原位生長法，Zr-TSS-1 微晶均勻分布在 BC 的三維微結(jié)構(gòu)中，形成了兼具良好柔韌性和力學(xué)性能的復(fù)合材料，并具有便攜的可穿戴性。

這種材料的設(shè)計靈感來源于一些前期調(diào)研 [2]，研究人員通過將光敏性的 TTE 單元引入金屬有機(jī)框架中，實現(xiàn)了對可見光的高效吸收和自由載流子的快速生成。

經(jīng)過創(chuàng)新性的分子層面設(shè)計，這種創(chuàng)新的材料擁有了一種特定的功能——在可見光下能夠高效觸發(fā)，并釋放出更多的殺菌活性物質(zhì)，相當(dāng)于擁有一個具有保護(hù)功能的“金鐘罩”。

“這項研究中最核心的突破在于，我們可以在宏觀層面（比如一件衣服）上進(jìn)行原子級別或分子級別的精準(zhǔn)調(diào)控，這種調(diào)控帶來了材料性能的顯著提升。”陳志杰對 DeepTech 表示。

具體來說，該材料的可見光吸收范圍擴(kuò)展至 500nm，光電流密度比傳統(tǒng)全碳環(huán) MOF 高 3 至 4 倍，且能快速生成超氧自由基和單線態(tài)氧，從而高效破壞細(xì)菌細(xì)胞膜。

圖丨 Zr-TSS-1 的結(jié)構(gòu)示意圖（來源：PNAS）

與傳統(tǒng)的需要紫外線照射的材料相比，這種新型材料僅需普通可見光即可發(fā)揮它的功能，在公共環(huán)境條件下表現(xiàn)出更高的穩(wěn)定性和高活性，并且它的質(zhì)量損失很小。

此外，這種新型材料還顯示出良好的生物相容性，其對人類皮膚成纖維細(xì)胞和 NIH 3T3 成纖維細(xì)胞的細(xì)胞毒性極低，細(xì)胞形態(tài)在接觸復(fù)合材料后未受到明顯損傷，這為其在生物醫(yī)學(xué)和保健應(yīng)用中的應(yīng)用創(chuàng)造了可能性。

可重復(fù)使用性方面，該復(fù)合材料在連續(xù)五次循環(huán)使用后仍保持穩(wěn)定的抗菌性能，顯示出優(yōu)異的耐用性。

馬凱凱指出，這種性能的突破源于材料設(shè)計的雙重協(xié)同，即 TTE 單元增強了光捕獲能力，而多孔 BC 基底則優(yōu)化了 MOF 分散性和細(xì)菌接觸效率。

（來源：PNAS）

研究人員不僅在實驗室中驗證了材料的抗菌性能，還通過一系列實驗展示了其在實際防護(hù)裝備中的應(yīng)用潛力。例如，這種材料可以作為口罩的填充物或防護(hù)服組件，為人們提供更安全、更有效的防護(hù)。

與其他工作中使用紫外線燈或更高功率來實現(xiàn)高性能殺菌相比，該研究中所使用的是相對溫和的日光燈管。實驗結(jié)果顯示，該材料在 1 小時內(nèi)即可實現(xiàn)接近 100% 的殺菌率，遠(yuǎn)超國際標(biāo)準(zhǔn) AATCC100：2019 紡織材料抗菌涂層試驗方法所規(guī)定的 18-24 小時殺菌效果。

馬思指出，“這一成果不僅展示了 MOF 材料的高效性，還為未來的防護(hù)裝備設(shè)計提供了新的思路。”

馬凱凱教授正在招收 2026 年春多孔材料博士生兩名，研究方向為功能性多孔結(jié)晶材料及其復(fù)合物對人類健康和環(huán)境可持續(xù)領(lǐng)域。有意者請查看導(dǎo)師個人主頁（https://research.polyu.edu.hk/en/persons/kaikai-ma），并通過郵件聯(lián)系。

參考資料：

1.Ma,S. et al. Tetrathienylethene-based porous framework composites for boosting photocatalytic antibacterial activity.PNAS(2025). https://doi.org/10.1073/pnas.2423052122

2. Ma,S. et al.Stable MOFs and composites for photocatalytic antibacterial applications.Trends Chem.(2024) https://doi.org/10.1016/j.trechm.2024.10.004.

運營/排版：何晨龍