原创Wang YR 抗菌科技圈
第一作者：Yuan Zhou
通讯作者：张勇, 谭淋
通讯单位：四川大学
研究速览：
近期，四川大学张勇和谭淋教授研究团队在ACS Applied Materials & Interfaces上发表了表面接枝季铵盐改性醋酸纤维素膜的抗菌和防污性能的研究工作，通过醚化反应，将环氧丙基二甲基十二烷基氯化铵（EPDMDAC）接枝到醋酸纤维素（CA）膜的表面，制备出稳定的非浸出抗菌防污膜（QCA- X）。结果表明，随着接枝反应时间的延长，膜表面的季铵盐基团增多，亲水性增强。与CA膜相比，QCA- X膜的过滤能力和防污性能都有所提高。当接枝时间为4 h时，QCA-4膜的透水率和通量恢复率分别提高了139%和21.5%。QCA- X膜表现出优异的抗菌性能，对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的杀菌率达99.99%以上。经过四次重复抗菌循环后，对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的杀菌率分别维持在约99.69±0.02%和99.98±0.02%，抗菌持久性良好。此外，QCA- X膜可以有效抑制细菌粘附。温和而简单的 EPDMDAC 接枝改性提高了 CA 膜的抗菌、防污和抗生物粘附性能，在长期水处理特别是生物污染水处理方面显示出了应用潜力。
要点分析
要点一：本研究制备了含有长链烷基的环氧丙基二甲基十二烷基氯化铵(EPDMDAC)，通过醚化反应将EPDMDAC接枝到CA膜表面，提高CA膜的抗菌和防污性能。
要点二：季铵盐基团的引入提高了QCA-X膜的亲水性，在QCA-X膜表面形成强的亲水屏障层，减少了蛋白质分子的吸附，提高了膜的防污性能和污染后的回收能力。
图文导读
图1. (a) CA和QCA-X膜的FTIR光谱，(b) CA和QCA-X膜的XPS光谱，(c) C 1s， (d) N 1s，(e) O 1s的反褶积光谱。
图2. (a1, a2) CA，(b1, b2) QCA-1，(c1, c2) QCA-2和(d1, d2) QCA-4膜的表面和脆性切片的SEM图像和(a3) CA，(b3) QCA-1，(c3) QCA-2和(d3) QCA-4膜的表面的AFM图像。
图3. (a) WCA和表面电位，(b) CA和QCA-X膜的BSA排斥和水力渗透性。
图4. (a)金黄色葡萄球菌和大肠杆菌在CA和QCA-X膜培养基上的菌落照片，(b)金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的形态。(c)金黄色葡萄球菌和大肠杆菌在CA和QCA-1膜上的CLSM图像。
图5. 重复抗菌性能的QCA-X膜对(a)金黄色葡萄球菌(S. aureus)和(b)大肠杆菌。
图6. CA和QCA-X膜的防污性能:(a) BSA吸附和FRR， (b)膜阻力，(c)通量下降率，(d)循环过滤试验。
图7. 大肠杆菌粘附在(a) CA，(b) QCA-1，(c) QCA-2和(d) QCA-4膜上的SEM图像。
结论
醋酸纤维素(CA)作为一种可再生的天然高分子材料，在生物分离、海水淡化、水处理等领域有着重要的应用。然而，CA的亲水性不够强，导致CA膜污染仍然是一个主要的挑战，同时，在复杂的水体中容易被细菌等微生物附着、侵蚀和降解，导致通量、保留率和持久性严重下降。因此，有必要提高CA膜的抗菌和抗生素粘附性能，提高其防污能力和使用寿命。
全文链接：https://doi.org/10.1021/acsami.2c09963
参考文献：Yuan Zhou, Yuanzhang Jiang, Yong Zhang,* and Lin Tan*. Improvement of Antibacterial and Antifouling Properties of a Cellulose Acetate Membrane by Surface Grafting Quaternary Ammonium Salt. ACS Applied Materials & Interfaces. 2022.
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