导读：
近期，四川大学化工学院汪伟教授、潘大伟副教授团队通过微流控纺丝法，可控且连续地制备出负载含Ag⁺和Zn²⁺的金属有机框架（MOF）微粒及纤维素纳米晶体（CNCs）的聚乙烯醇（PVA）水凝胶微纤维，该微纤维兼具优异的力学性能、长效抗菌与抗氧化功能，为开发新型生物医用纤维材料提供了新思路。相关研究以“Microfluidic preparation and antibacterial properties of polyvinyl alcohol hydrogel microfibers loaded with MOF microparticles”为题目，发表在期刊《Reaction Chemistry & Engineering》上。
本文要点：
1、本研究采用微流控纺丝技术，可控连续制备出负载含Ag⁺和Zn²⁺的金属有机框架（AMOF/ZMOF）微粒和纤维素纳米晶（CNC）的聚乙烯醇（PVA）水凝胶微纤维。
2、CNC通过形成氢键赋予PVA网络良好的机械性能，AMOF与ZMOF分别释放Ag⁺和Zn²⁺以实现抗菌与抗氧化性能。
3、微纤维直径可通过两相流速灵活精确调控。含AMOF/ZMOF的微纤维拉伸强度达4.78 MPa，断裂伸长率达768.3%，并在96 h内持续释放Ag⁺（1.113 mg·L⁻¹）和Zn²⁺（0.005 mg·L⁻¹）。
4、由于AMOF释放的Ag⁺，微纤维在24h内对大肠杆菌O157:H7和金黄色葡萄球菌表现出显著抗菌性，并能通过释放Zn²⁺在12 h内有效抑制·OH生成，具备良好的抗氧化性能。本研究为合理设计和构建具有优异抗菌性能的水凝胶微纤维材料提供了一种新策略。
图1. 负载MOF微粒的聚乙烯醇（PVA）水凝胶微纤维的连续微流控制备。（a）用于生成层流射流模板的微流控装置示意图；（b）通过交联反应实现射流模板固化的过程示意图
图2. 连续相（a）和分散相（b）流速对PVA水凝胶微纤维直径的影响。比例尺为200μm
图3. 负载MOF微粒的PVA水凝胶微纤维的微流控制备。（a）含ZMOF（左）、AMOF（中）及ZMOF+AMOF（右）的PVA分散相溶液光学显微镜图；（b）以含AMOF和ZMOF的PVA溶液为分散相时，在微流控装置中形成射流模板的高速光学快照；（c, d）所制备负载MOF微粒的PVA水凝胶微纤维的光学显微镜图。（a）中比例尺为500μm，（b）中比例尺为200μm
图4. 水凝胶微纤维（a1–e1）及其表面（a2–e2）与横截面（a3–e3、a4–e4）的SEM图。图（a）PF微纤维（纯PVA水凝胶微纤维）；（b）PCF微纤维（含纤维素纳米晶体的PVA水凝胶微纤维）；（c）ZCF微纤维（含ZMOF的PCF微纤维）；（d）ACF微纤维（含AMOF的PCF微纤维）；（e）AZCF微纤维（含AMOF和ZMOF的PCF微纤维）
图5. ACF、ZCF和AZCF微纤维的X射线光电子能谱（XPS）。（a）ACF微纤维中AMOF的Ag3d轨道XPS分析；（b）ZCF微纤维中ZMOF的Zn2p轨道XPS分析；（c, d）AZCF微纤维中AMOF的Ag3d轨道（c）与ZMOF的Zn2p轨道（d）XPS分析
图6. AZCF、ACF、ZCF和PF微纤维的傅里叶变换红外光谱（FTIR）
图7. PF、PCF、ACF、ZCF和AZCF微纤维的应力-应变曲线
图8. ACF、ZCF和AZCF微纤维中Ag⁺（a）和Zn²⁺（b）的累积浓度随时间的变化
图9. 水凝胶微纤维的抗菌性能。（a, b）含ACF、ZCF和AZCF水凝胶微纤维的水溶液中，大肠杆菌O157:H7浓度随时间的变化（a）及其抑制率随时间的变化（b）；（c, d）含ACF、ZCF和AZCF水凝胶微纤维的水溶液中，金黄色葡萄球菌浓度随时间的变化（c）及其抑制率随时间的变化（d）
图10. 水凝胶微纤维的抗氧化性能。（a, b）孵育30min（a）和12h（b）时，含亚甲基蓝（MB）及不同水凝胶微纤维的芬顿试剂溶液中MB的吸光度光谱；（c）MB浓度与其在655 nm处吸光度的标准曲线；（d）ACF、ZCF和AZCF微纤维对羟基自由基（・OH）的抑制率随时间的变化
论文链接：https://doi.org/10.1039/D4RE00472H
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