摘要：壳聚糖来源广泛，具有良好的生物相容性、生物降解性、无毒性及抗菌性，安全性高，环境友好。由于壳聚糖中氨基的存在，在酸性条件下溶解的壳聚糖容易质子化成聚电解质，在静电纺丝过程中，会使聚合物离子基团之间的排斥力增加，容易形成珠状颗粒物，聚合物难以从针头处喷射出，因此

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天津工业大学赵晓明教授&刘元军教授级高工：壳聚糖基纳米纤维抗菌性能最新研究进展

壳聚糖来源广泛，具有良好的生物相容性、生物降解性、无毒性及抗菌性，安全性高，环境友好。由于壳聚糖中氨基的存在，在酸性条件下溶解的壳聚糖容易质子化成聚电解质，在静电纺丝过程中，会使聚合物离子基团之间的排斥力增加，容易形成珠状颗粒物，聚合物难以从针头处喷射出，因此含有壳聚糖的静电纺丝液可纺性较差。为此常需加入聚乙烯醇（PVA）、聚环氧乙烷（PEO）等助纺剂，通过氢键与壳聚糖相互作用，降低静电斥力和表面张力，提高壳聚糖纺丝液的可纺性能，同时加入不同种类的抗菌剂，解决静电纺丝纳米纤维纺丝困难问题的同时可以提高纳米纤维的抗菌性能。

近日，天津工业大学赵晓明教授和刘元军教授级高工团队在期刊《Chemical Engineering Journal》上，发表了最新研究成果“Latest research progress on antibacterial properties of Chitosan-based nanofibers”。研究者首先介绍了影响壳聚糖抗菌性能的因素：不同来源壳聚糖对抗菌活性的影响、影响壳聚糖抗菌的内在因素、壳聚糖的结构修饰对抗菌性能的影响、壳聚糖交联剂对纳米纤维机械性能及抗菌性能的影响，其次从壳聚糖基二元抗菌、壳聚糖基三元抗菌两个维度详述了壳聚糖基纳米纤维的抗菌性能的研究进展，最后分析了静电纺丝壳聚糖基纳米纤维商业化面临的主要挑战，并展望了壳聚糖基抗菌纳米纤维的发展方向。

图1：壳聚糖的不同形式。

壳聚糖可以以粉末、薄膜、纤维、凝胶、纳米颗粒、多孔结构等不同的物理形式获得或制备，如图1所示。通过静电纺丝工艺制备的壳聚糖基纳米纤维具有直径小、比表面积大、可调控孔径和孔隙率等优点，能够增大与细菌接触几率，吸附能力强，同时可以有效负载多数不同种类的抗菌物质，在抗菌领域发挥着重要的作用。此外，较高的结晶度与尺寸效应共同作用，显著提升了纳米纤维的力学性能。可以进一步应用于食品包装、生物医学、组织工程药物递送、空气与水净化等领域。

壳聚糖是自然界唯一带正电荷的生物大分子，其氨基可被质子化，质子化氨基对带负电荷的各种有害物质有着强大的吸附作用，壳聚糖分子链上正电荷的多少可以决定其抗菌活性。壳聚糖对细菌的抗菌机制为破坏细菌细胞壁、抑制细菌 mRNA和蛋白质合成以及与金属离子的螯合（图2）。当pH值低于6时，CS的C-2位的氨基带正电，导致壳聚糖和细菌细胞之间发生相互作用，这种相互作用会改变细胞壁的完整性并导致DNA附着，最终抑制DNA复制并导致细菌细胞死亡。壳聚糖的抗真菌特性表现为有效抑制真菌中的孢子萌发、胚芽管伸长和径向生长。

图3：壳聚糖与有机/无机抗菌剂协同抗菌。

壳聚糖与有机和无机抗菌剂的协同作用（图3）可以显著增强抗菌效果，利用多种抗菌机制达到更全面的抗菌效果，有效降低细菌耐药性风险，同时提高抗菌体系的整体稳定性，延长抗菌活性持续时间。由于壳聚糖的水溶性较差，将其与有机抗菌剂结合可提高其水溶性和分散性；添加无机抗菌剂还能增强壳聚糖基纳米纤维的机械和阻隔性能。总之，三者可以充分发挥各自的优势，弥补单一抗菌剂的不足，达到更高效、更安全、更持久的抗菌效果。

表1：壳聚糖基纳米纤维的潜在未来前景。

壳聚糖基纳米纤维具有良好的生物相容性、可降解性和广谱抗菌性能，在多个领域显示出广阔的应用前景，如表1所示。其在生物医学（如伤口敷料、组织工程支架、药物输送系统）、食品包装（活性包装材料、防腐涂层）、环境保护（水处理过滤膜、污染物吸附材料）、个人护理产品（抗菌湿巾、卫生用品）以及功能性纺织品（抗菌服装、医疗防护材料）等领域具有显著的应用价值。未来的技术研究与创新将朝着多功能化、智能化和绿色化的方向发展。

论文链接：

人物简介：

赵晓明天津工业大学柔性防护纺织品团队负责人，天津市特聘教授，博导，中国产业用纺织品行业协会特种纺织品分会秘书长，中国科学探险协会标准化工作委员会专家，中国产业用纺织品专家委员会委员，学术桥人才评审项目组专家，《材料导报》、《纺织导报》等期刊编委。多项研究成果实现产业化，其中无铅核辐射防护材料、热防护多功能涂层织物、碳/碳复合材料预制体以及耐高温微纤维结构化大孔隙率复合过滤材料等产品的关键指标都达到国际先进水平，实现了关键材料的国产替代。

刘元军，教授级高级工程师，博士研究生导师、硕士研究生导师。主持起草国家军用标准1项。主持局级以上级别纵向科研项目12项；主持企业横向科研项目7项，其中一项经费150万元。主持教育部教改项目3项。作为主编出版一四五规划教材《应急与安全生产用防护服概论》1部。发表被SCI收录的科技期刊论文72篇，中文核心论文70余篇，其中13篇入选《学术精要数据库》高影响力论文。一篇入选中国科学技术信息研究所领跑者5000---中国精品科技期刊顶尖学术论文。2024年中国知网最具有影响力学者，2024年中国知网高被引学者TOP1%，兼任《材料工程》、《吉林大学学报（工学版）》、《丝绸》、《应用力学学报》、《材料科学与工艺》、《航空材料学报》等19个期刊的青年编委

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来源：黄鼠狼论科学