摘 要：為解決光動(dòng)力抗菌纖維活性氧（ROS）產(chǎn)率低、光敏劑易泄露等問題，以聚集誘導(dǎo)發(fā)光（AIE）分子（TPE-TCF）為光敏劑，與聚丙烯腈（PAN）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）共混，通過靜電紡絲制備TPE-TCF@PAN/PVP納米纖維膜，表征其化學(xué)結(jié)構(gòu)、微觀形貌和表面親水性，并探究其ROS產(chǎn)率和抗菌效果。結(jié)果表明：TPE-TCF@PAN/PVP膜（TPE-TCF質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%）具有高親水性、優(yōu)異的光敏劑負(fù)載穩(wěn)定性和高ROS產(chǎn)率，超低功率白光照射20 min后，可實(shí)現(xiàn)對(duì)金黃色葡萄球菌（抑菌率大于96.2%）和大腸桿菌（抑菌率大于99.9%）的高效滅菌。該研究結(jié)果可為高效廣譜抗菌的醫(yī)用防護(hù)材料的制備和應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：聚集誘導(dǎo)發(fā)光光敏劑；活性氧；靜電紡絲；納米纖維膜；光動(dòng)力抗菌

中圖分類號(hào)：TS101.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1009-265X（2024）10-0031-09

近年來，由病原菌感染引發(fā)的人類生命安全問題受到了研究者們的廣泛關(guān)注。研究表明，醫(yī)用紡織品可在一定程度上預(yù)防病原菌的傳播［1］，但由于它們自身缺乏抗菌性能，病原菌仍可在材料表面存活，增加了交叉污染和多次傳播的風(fēng)險(xiǎn)。因此，迫切需要開發(fā)一類具有殺滅微生物能力的醫(yī)用防護(hù)材料。目前，制備該類材料的主要方法是在纖維中摻雜抗菌劑［2］，如季銨鹽化合物、金屬氧化物和光敏劑（Photosensitizer，PS）等。其中，PS因其高效、低毒性、低耐藥性等優(yōu)點(diǎn)備受矚目。

PS在光照下能產(chǎn)生活性氧（Reactive oxygen species，ROS），實(shí)現(xiàn)對(duì)革蘭氏陽(yáng)性和陰性細(xì)菌、真菌以及病毒等微生物的殺滅，達(dá)到廣譜高效的抗菌效果［3］。根據(jù)化學(xué)組成，PS可分為有機(jī)PS和無機(jī)PS兩類，其中，有機(jī)PS易于加工成柔性材料，更適用于醫(yī)用防護(hù)材料領(lǐng)域。但是，傳統(tǒng)的有機(jī)PS，如孟加拉玫瑰紅、亞甲藍(lán)等存在聚集導(dǎo)致淬滅、ROS產(chǎn)生效率低等缺陷，影響了其光動(dòng)力抗菌效果［4］。相比之下，具有供體-受體（Donor-acceptor，D-A）結(jié)構(gòu)的新型聚集誘導(dǎo)發(fā)光（Aggregation-induced emission，AIE）PS，可實(shí)現(xiàn)對(duì)可見光的吸收，且具有獨(dú)特的聚集誘導(dǎo)ROS增強(qiáng)作用［5］，成為光動(dòng)力抗菌領(lǐng)域最有前景的研究方向之一。

目前，對(duì)AIE PS的研究主要集中在對(duì)其溶液體系的光動(dòng)力殺菌性能的優(yōu)化［6-7］。利用靜電紡絲技術(shù)［8］，將AIE PS與纖維復(fù)合而制備薄膜材料的報(bào)道還不多。Li等［9］將AIE PS分子三苯胺-乙烯基噻吩-3-乙基苯并［d］噻唑-3-鎓（TTVB）與共聚物聚偏氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-HFP）共混，通過靜電紡絲制得了納米纖維膜。納米纖維膜雖可在陽(yáng)光照射下產(chǎn)生ROS，實(shí)現(xiàn)對(duì)金黃色葡萄球菌（S.aureus）、大腸桿菌（E.coli）、白色念珠菌和M13噬菌體的殺滅，但由于它的基底為疏水聚合物，與水相菌液的接觸程度有限，影響了纖維膜中AIE PS產(chǎn)生的ROS對(duì)細(xì)菌的殺滅效果。

為提高負(fù)載AIE PS的納米纖維膜的抗菌效果，本文擬采用具有D-A結(jié)構(gòu)的AIE分子（3-氰基-5，5-二甲基-4-（4-（ 2-三苯基乙烯基）苯乙烯基）呋喃-2（5H）亞基）丙二腈（TPE-TCF）為光敏劑，將其與具有一定親水性的聚合物聚丙烯腈（Polyacrylonitrile，PAN）和聚乙烯吡咯烷酮（Polyvinyl pyrrolidone，PVP）共混，通過靜電紡絲技術(shù)制備親水性良好的TPE-TCF@PAN/PVP納米纖維膜，通過提高納米纖維膜與水相菌液的接觸程度，改善其ROS產(chǎn)率及對(duì)細(xì)菌的殺滅效果。本文研究TPE-TCF的摻雜量對(duì)納米纖維膜的潤(rùn)濕性、ROS產(chǎn)率和抗菌性能的影響，并探究其在超低功率白光照射下對(duì)金黃色葡萄球菌（S.aureus）和大腸桿菌（E.coli）的滅菌效果，旨在解決醫(yī)用防護(hù)材料因病原體吸附導(dǎo)致的交叉感染問題。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料及試劑

4-（ 2-三苯基乙烯基）苯甲醛（TPE-CHO），泰坦（上海）有限公司；丙二腈（99%）、乙氧基鎂（98%）、3-羥基-3-甲基-2-丁酮（97%），百靈威（上海）科技有限公司；氫氧化鈉（NaOH，AR），國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；乙醇（AR），上海凌峰化學(xué)試劑有限公司；四氫呋喃（THF，AR），杭州高晶精細(xì)化工；無水硫酸鎂（MgSO4，99%）、聚丙烯腈（PAN，Mw=15000）、二氯甲烷（DCM，AR），麥克林試劑（上海）有限公司；聚乙烯吡咯烷酮（PVP，Mw=58000）、N，N-二甲基乙酰胺（DMCA，99.0%）、9，10-蒽二基-雙（亞甲基）二丙二酸（ABDA）、2'，7'-二氯二氫熒光素二乙酸酯（DCFH），阿拉丁試劑（上海）有限公司；S.aureus（ATCC6538）、E.coli（ATCC5922），魯微（上海）科技有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 TPE-TCF分子的合成

TPE-TCF分子根據(jù)文獻(xiàn)［10］報(bào)道合成，分為兩個(gè)步驟。步驟一：在氮?dú)猸h(huán)境下，向100 mL雙口燒瓶中放入丙二腈（5.9 g，90 mmol）、乙氧基鎂（3.9 g，34 mmol）、3-羥基-3-甲基-2-丁酮（3.2 mL，30 mmol）和30 mL經(jīng)無水硫酸鎂干燥過的乙醇，60 ℃反應(yīng)8 h后冷卻至室溫，過濾，將濾液萃取、干燥后以二氯甲烷為淋洗液，用層析柱進(jìn)行分離，所得粗產(chǎn)物重結(jié)晶后，得到7.5 g黃色針狀固體化合物TCF，產(chǎn)率為63.1%。步驟二：將4-（ 2-三苯基乙烯基）苯甲醛（TPE-CHO，0.74 g，2.0 mmol）、TCF（0.50 g，2.5 mmol）、乙醇（25 mL）和NaOH（4.2 mg）混合在100 mL雙頸圓底燒瓶中回流過夜。混合溶液用二氯甲烷萃取，留下有機(jī)層。有機(jī)層用鹽水洗滌，無水硫酸鎂干燥，硅膠柱層析純化，得到鮮紅色固體產(chǎn)物TPE-TCF。

1.2.2 PAN/PVP納米纖維膜的制備

將1.6 g PAN和0.8 g PVP聚合物溶解在13.6 g DMAC中，制備成PAN/PVP混合溶液，在99 ℃中完全溶解12 h，配置成PAN/PVP靜電紡絲溶液。然后將溶液引入裝有21號(hào)針頭的5 mL塑料注射器中。在進(jìn)料速率為0.7 mL/h、電壓為12 kV、針頭與接收器距離為14 cm的條件下進(jìn)行靜電紡絲，紡絲時(shí)間為3 h。最后，將制備的PAN/PVP納米纖維膜在40 ℃下真空干燥12 h，去除殘留溶劑，在暗處保存樣品。

1.2.3 TPE-TCF@PAN/PVP 納米纖維膜的制備

將不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的TPE-TCF分子溶于PAN/PVP混合液中，分別配置成TPE-TCF質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.07%、0.1%、0.4%、0.7%和1.0%的混合溶液，在99 ℃中完全溶解12 h，制備成靜電紡絲溶液。分別將紡絲液引入裝有21號(hào)針頭的5 mL塑料注射器中。在進(jìn)料速率為0.7 mL/h、電壓為11.5 kV、針頭與接收器距離為14 cm的條件下進(jìn)行靜電紡絲，紡絲時(shí)間均為3 h。分別獲得TPE-TCF質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.07%、0.1%、0.4%、0.7%和1.0%的TPE-TCF@PAN/PVP納米纖維膜。最后，將制備的納米纖維膜在40 ℃下真空干燥12 h，去除殘留溶劑，在暗處保存樣品。

1.2.4 納米纖維膜穩(wěn)定性測(cè)試

將2 cm×2 cm尺寸的納米纖維膜浸入含有30 mL去離子水的培養(yǎng)皿中，間隔不同的時(shí)間取培養(yǎng)皿中1 mL去離子水溶液與2 mL THF溶液混合，然后使用紫外可見光光度計(jì)（UV-2600）記錄混合溶液在300～500 nm處的吸收峰。

1.2.5 活性氧（ROS）產(chǎn)生速率測(cè)試

使用DCFH作為總ROS的指示劑。將市售DCFH-DA指示劑溶于乙醇中制備成濃度為10 μmol/L的儲(chǔ)備液。測(cè)試前，將500 μL DCFH-DA儲(chǔ)備液與2 mL NaOH水溶液（10 mmol/L）混合并在室溫下攪拌30 min，使其轉(zhuǎn)化為DCFH。然后將上述溶液用10 mL pH為7.4的PBS溶液稀釋，制備成最終濃度為0.4 μmol/L的測(cè)試液。測(cè)試時(shí)，對(duì)于TPE-TCF分子的檢測(cè)，將250 μL DCFH測(cè)試液和10 μL TPE-TCF儲(chǔ)備液（0.625 mg/mL，DMSO）溶于1740 μL PBS（pH=7.4）或者1740 μL DMSO中；對(duì)于納米纖維膜的檢測(cè)，將1 cm×1 cm大小的納米纖維膜浸入含有250 μL DCFH測(cè)試液和1750 μL PBS（pH=7.4）的孔板中。記錄白燈（400～830 nm，50 mW/cm2）照射不同時(shí)間后的混合溶液在525 nm（激發(fā)波長(zhǎng)為485 nm）處的熒光強(qiáng)度。

使用ABDA作為1O2產(chǎn)率指示劑。將市售ABDA探針溶于DMSO溶液中，制備成濃度為25 μmol/L的儲(chǔ)備液。在測(cè)試時(shí)，對(duì)于TPE-TCF分子的檢測(cè)，將12 μL ABDA儲(chǔ)備液和12 μL TPE-TCF儲(chǔ)備液（0.625 mg/mL，DMSO）溶于2976 μL去離子水或DMSO中；對(duì)于納米纖維膜的檢測(cè)，將1 cm×1 cm大小的納米纖維膜浸入含有12 μL ABDA測(cè)試液和2988 μL去離子水的孔板中。記錄白光（400～830 nm，50 mW/cm2）照射不同時(shí)間后混合溶液在340～600 nm處的吸收光譜。

1.2.6 抗菌實(shí)驗(yàn)測(cè)試

按照標(biāo)準(zhǔn)程序評(píng)估納米纖維膜對(duì)S.aureus和E.coli的抑菌活性。兩株細(xì)菌在37 ℃、150 r/min下振蕩培養(yǎng)過夜，直到達(dá)到它們的對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期。將1 mL細(xì)菌懸液（菌液濃度為107 CFU/mL）與一塊樣品膜（1 cm×1 cm）在12孔板中共孵育4 h，然后分別在白光（400～830 nm， 50 mW/cm 照射距離1 cm）照射下或黑暗條件下再孵育20 min。不加樣品膜共孵育的細(xì)菌作為對(duì)照組。然后用無菌PBS稀釋細(xì)菌懸液，將100 μL稀釋后的細(xì)菌懸液均勻涂抹在LB瓊脂板上，37 ℃孵育24 h。最后，對(duì)LB瓊脂板上的細(xì)菌進(jìn)行拍照，用Image J軟件進(jìn)行計(jì)數(shù)定量分析。所有實(shí)驗(yàn)均重復(fù)進(jìn)行驗(yàn)證。由式（1）計(jì)算抑菌率［11］。

S/%=Na-NiNa×100（1）

式中：S為抑菌率，%；Na為對(duì)照組細(xì)菌菌落數(shù)，CFU；Ni為實(shí)驗(yàn)組細(xì)菌菌落數(shù)，CFU。

1.3 測(cè)試方法

1.3.1 化學(xué)結(jié)構(gòu)測(cè)試

采用傅里葉變換紅外光譜儀（5700，Nicolet）對(duì)薄膜樣品的化學(xué)基團(tuán)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。

1.3.2 形貌測(cè)試

采用高分辨場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡（500 Gemini）和激光共聚焦（Nikon C2+）對(duì)制備樣品的形貌進(jìn)行測(cè)試分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 TPE-TCF的結(jié)構(gòu)表征

為了表征TPE-TCF的化學(xué)結(jié)構(gòu)，測(cè)試了它在氘代氯仿中的核磁共振氫譜（1H NMR），結(jié)果如圖1所示。其中，化學(xué)位移位于1.78～1.74、6.97～6.89、7.39～7.35和7.54～7.38的信號(hào)峰對(duì)應(yīng)于分子結(jié)構(gòu)中的氫原子Ha、Hb、Hc和Hd，其余信號(hào)峰對(duì)應(yīng)于苯環(huán)上的氫原子。以上信號(hào)峰的積分面積的比例與TPE-TCF分子結(jié)構(gòu)中氫原子個(gè)數(shù)的比例相同，證明了TPE-TCF分子的成功合成。

2.2 TPE-TCF的光動(dòng)力性能

負(fù)載光敏劑的ROS生成效率是納米纖維膜實(shí)現(xiàn)抗菌效果的關(guān)鍵因素。從分子結(jié)構(gòu)角度，TPE-TCF具有典型的供體-受體（D-A）結(jié)構(gòu)，可以通過充分的系統(tǒng)間交叉作用（Inter system crossing，ISC）過程提高ROS生成效率［12］。從分子發(fā)光性能角度，TPE-TCF在納米纖維膜中以聚集狀態(tài)均勻分布，可以通過分子自身的聚集誘導(dǎo)發(fā)光性能實(shí)現(xiàn)ROS增強(qiáng)，進(jìn)一步提升其ROS生成效率［10］。

ABDA和DCFH是兩種常用的ROS指示劑。其中，ABDA可被單線態(tài)氧（Singlet oxygen，1O2）選擇性降解，生成相應(yīng)的內(nèi)過氧化物，使其位于378 nm處的紫外吸光度降低，因此，ABDA在378 nm處吸光度的變化用于反映1O2的產(chǎn)生［13］；非熒光DCFH則可被ROS氧化為強(qiáng)熒光DCF，使其位于525 nm處的熒光發(fā)射強(qiáng)度增強(qiáng)，因此，DCFH溶液在525 nm處的熒光強(qiáng)度的變化可用于反映ROS的生成［14］。在模擬太陽(yáng)光的白色光源照射下，可使用ABDA評(píng)估TPE-TCF的1O2產(chǎn)生效率，使用DCFH評(píng)估TPE-TCF分子的總ROS產(chǎn)生量。不同時(shí)間下，不同組分中ABDA溶液在378 nm處吸光度的相對(duì)變化率如圖2（a）所示。從圖2（a）中觀察到，黑暗條件下，對(duì)照組、TPE-TCF/水（聚集體狀態(tài)）和TPE-TCF/DMSO（溶解狀態(tài)）的樣品中，ABDA的吸光度均未發(fā)生明顯下降，說明上述樣品均未有明顯的1O2生成。而在光照條件下，3組樣品中ABDA的吸光度均隨時(shí)間的延長(zhǎng)出現(xiàn)了一定程度的下降，且TPE-TCF/水和TPE-TCF/DMSO對(duì)ABDA呈現(xiàn)出不同的降解效率。TPE-TCF/DMSO中ABDA的降解率保持在20%以下，而TPE-TCF/水中ABDA的降解率提升至52.04%，說明TPE-TCF分子的聚集有利于1O2的產(chǎn)生。DCFH測(cè)試也表現(xiàn)出相似結(jié)果。不同時(shí)間下，不同組分中DCFH溶液在525 nm處熒光強(qiáng)度的相對(duì)變化率如圖2（b）所示，在光照條件下，加入TPE-TCF/水后，DCFH溶液發(fā)射熒光強(qiáng)度絕對(duì)變化率顯著高于其余樣品，說明TPE-TCF分子的聚集同樣有利于總ROS的產(chǎn)生。以上測(cè)試結(jié)果證明，在白光照射下，TPE-TCF聚集體具有較高1O2和ROS產(chǎn)率，可在日光驅(qū)動(dòng)下高效滅活病原菌。

2.3 TPE-TCF@PAN/PVP納米纖維膜的結(jié)構(gòu)表征

采用紅外光譜分別對(duì)TPE-TCF、純PAN/PVP膜和TPE-TCF質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.07%、0.1%、0.4%、0.7%、1.0%的TPE-TCF@PAN/PVP膜進(jìn)行測(cè)試。如圖3所示，TPE-TCF在2228 cm-1處的特征峰對(duì)應(yīng)于C≡N鍵的拉伸振動(dòng)，PVP在1654 cm-1處的特征峰對(duì)應(yīng)于中吡咯環(huán)內(nèi)C＝O基團(tuán)的拉伸振動(dòng)，在1290 cm-1處的特征峰對(duì)應(yīng)于CN的拉伸振動(dòng)。這些特征吸收峰都出現(xiàn)在不同TPE-TCF質(zhì)量分?jǐn)?shù)的TPE-TCF@PAN/PVP納米纖維膜的紅外譜圖中，證明了TPE-TCF@PAN/PVP納米纖維膜的成功制備。

2.4 TPE-TCF@PAN/PVP納米纖維膜的微觀形貌

利用掃描電子顯微鏡（SEM）和激光共聚焦顯微鏡（CLSM）分析了納米纖維膜的形貌。如圖4（a）所示，純PAN/PVP膜和TPE-TCF質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.07%、0.1%、0.4%、0.7%、1.0%的TPE-TCF@PAN/PVP膜均呈現(xiàn)直徑均一的納米纖維形態(tài)，且在TPE-TCF分子摻雜前后，納米纖維的直徑?jīng)]有發(fā)生明顯變化，說明TPE-TCF分子的加入并未明顯影響納米纖維膜的物理形貌。CLSM圖像顯示（見圖4（b）），PAN/PVP納米纖維本身不發(fā)射熒光，隨著具有AIE性能的TPE-TCF分子摻雜量的增加，TPE-TCF@PAN/PVP納米纖維的熒光發(fā)射強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)。此外，具有不同TPE-TCF摻雜量的納米纖維的發(fā)光非常均勻，說明TPE-TCF分子在納米纖維膜中分布也是十分均一的。最后，測(cè)試了納米纖維膜的厚度，PAN/PVP膜為39 μm，而不同TPE-TCF摻雜量的TPE-TCF@PAN/PVP膜厚度在59～70 μm之間。

2.5 TPE-TCF在納米纖維膜中的負(fù)載穩(wěn)定性

TPE-TCF在納米纖維膜中的負(fù)載穩(wěn)定性是影響其應(yīng)用效果和長(zhǎng)期生物安全性的重要因素。由于TPE-TCF在THF溶液在460 nm處存在明顯的紫外吸收峰，因此，可以通過測(cè)定膜浸出液在460 nm處的紫外吸收峰來判別膜中是否有未負(fù)載的TPE-TCF分子溢出至浸出液中，從而分析TPE-TCF在膜中的負(fù)載穩(wěn)定性。TPE-TCF在納米纖維膜中的負(fù)載穩(wěn)定性測(cè)試如圖5所示，從圖5（a）可以看出，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%的TPE-TCF溶液呈現(xiàn)明顯的紅色，而將同等TPE-TCF摻雜質(zhì)量分?jǐn)?shù)的納米纖維膜（0.4%TPE-TCF@PAN/PVP）浸泡48 h之后，培養(yǎng)皿中的溶液仍可保持無色透明狀態(tài)。此外，將0.4%TPE-TCF@PAN/PVP納米纖維膜浸泡液于THF混合后測(cè)試的紫外吸收光譜如圖5（b）所示，通過紫外吸收光譜圖分析可知浸出液均未檢測(cè)到TPE-TCF紫外吸收峰；而質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.004%的TPE-TCF溶液在460 nm處的吸光度為1.61。以上結(jié)果均可證明，通過共混靜電紡絲技術(shù)得到的TPE-TCF@PAN/PVP膜具有優(yōu)異的TPE-TCF負(fù)載穩(wěn)定性。

2.6 TPE-TCF@PAN/PVP納米纖維膜的表面潤(rùn)濕性

納米纖維膜的表面潤(rùn)濕性直接影響它與外部水相菌液環(huán)境的接觸效率，進(jìn)而影響纖維膜中負(fù)載的光敏劑TPE-TCF生成的ROS對(duì)菌液中細(xì)菌的殺滅效果［15］。因此，以水滴接觸角（WCA）為指標(biāo)，表征了具有不同TPE-TCF摻雜量的納米纖維膜的表面潤(rùn)濕性，用于篩選具有最佳抗菌性能的納米纖維膜。如圖6（a）所示，PAN/PVP納米纖維膜存在固有的親水性，在剛接觸水時(shí)（0.3 s）就達(dá)到了完全潤(rùn)濕。但TPE-TCF為疏水有機(jī)PS，它在PAN/PVP納米纖維膜中的摻雜會(huì)影響所得TPE-TCF@PAN/PVP納米纖維膜的親水性。從圖6（b）中可知，隨著TPE-TCF質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，納米纖維膜疏水性不斷增加。其中，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.07%和0.1%的TPE-TCF@PAN/PVP納米纖維膜完全潤(rùn)濕時(shí)間分別為0.3 s和0.9 s，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%的TPE-TCF@PAN/PVP納米纖維膜的接觸角可在42～60 s內(nèi)維持在16.8°，均表現(xiàn)出較好的親水性。而隨著TPE-TCF質(zhì)量分?jǐn)?shù)的進(jìn)一步增加，0.7%和1.0%的TPE-TCF@PAN/PVP納米纖維膜在60 s內(nèi)的接觸角為127°，表現(xiàn)出明顯的疏水性能。

2.7 TPE-TCF@PAN/PVP 納米纖維膜的ROS生成效率

分別以DCFH和ABDA為總ROS和1O2指示劑，如圖7所示，進(jìn)一步研究了不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)TPE-TCF@PAN/PVP納米纖維膜的ROS生成效率。與純PAN/PVP納米纖維膜相比，具有不同TPE-TCF摻雜量的納米纖維膜均產(chǎn)生了大量ROS，且隨著白光照射時(shí)間的延長(zhǎng)，DCFH溶液在525 nm的熒光強(qiáng)度相對(duì)變化率增加（見圖7（a）），ABDA溶液在378 nm處的紫外吸光度降解率提升（見圖7（b））。不同TPE-TCF質(zhì)量分?jǐn)?shù)的納米纖維膜的ROS生成效率不同。其中，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%的TPE-TCF@PAN/PVP膜具有最好的ROS生成效果，其ABDA相對(duì)變化率從100%降至38.22%（見圖7（c）），DCFH絕對(duì)變化率從0%升至37.82%（見圖7（d））。與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%的TPE-TCF@PAN/PVP膜相比，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.07%和0.1%時(shí)的膜ROS產(chǎn)率降低。這是由于納米纖維膜的ROS產(chǎn)生源于TPE-TCF，TPE-TCF分子摻雜量減少，ROS產(chǎn)量下降；質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.7%和1.0%時(shí)，膜ROS產(chǎn)率同樣降低，這是由于當(dāng)TPE-TCF摻雜量大時(shí)，納米纖維膜表現(xiàn)出明顯的疏水性能。此時(shí)，包裹在納米纖維膜內(nèi)部的TPE-TCF無法與外部氧氣與水相溶液充分接觸，因而限制了其產(chǎn)生和釋放ROS的能力。以上結(jié)果表明，當(dāng)納米纖維膜的TPE-TCF摻雜量適當(dāng)且親水性較好時(shí)，才具有最佳的ROS產(chǎn)生效率。

2.8 TPE-TCF@PAN/PVP納米纖維膜的抗菌性能

選用兩種模型細(xì)菌（E.coli和S.aureus）對(duì)不同TPE-TCF質(zhì)量分?jǐn)?shù)的TPE-TCF@PAN/PVP納米纖維膜進(jìn)行抗菌性能評(píng)價(jià)。E.coli和S.aureus菌落在LB瓊脂板上的圖像如圖8中（a）和（b）所示。PAN/PVP在黑暗和光照條件下幾乎沒有表現(xiàn)出殺菌效果。TPE-TCF@PAN/PVP在黑暗中也沒有表現(xiàn)出明顯細(xì)菌滅活效果；相反，其在光照下表現(xiàn)出顯著的細(xì)菌滅活效果。這是由于在光照下，負(fù)載于納米纖維膜中的聚集誘導(dǎo)發(fā)光光敏劑可高效產(chǎn)生ROS。當(dāng)光敏劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%時(shí)，納米纖維膜具有最好的抗菌效果，對(duì)E.coli和S.aureus抑菌率分別高達(dá)100%和96.2%（見圖8（c）和圖8（d）），表現(xiàn)出較高的廣譜殺菌能力。這是由于此時(shí)納米纖維膜具有最理想的光敏劑含量和親水性，光敏劑產(chǎn)生的ROS可與水相菌液中的細(xì)菌充分接觸，實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)菌的高效滅活。

3 結(jié)論

本文以聚集誘導(dǎo)發(fā)光分子TPE-TCF為新型PS，選用親水聚合物PAN和PVP，采用靜電紡絲技術(shù)制備TPE-TCF@PAN/PVP納米纖維膜，用于白光驅(qū)動(dòng)下高效產(chǎn)生ROS，達(dá)到廣譜抗菌的效果。討論了不同TPE-TCF摻雜量的納米纖維膜的表面浸潤(rùn)性、TPE-TCF負(fù)載穩(wěn)定性、ROS產(chǎn)生效率和抗菌性能，得出如下結(jié)論：

a）聚集誘導(dǎo)發(fā)光光敏劑TPE-TCF以聚集狀態(tài)穩(wěn)定負(fù)載于PAN/PVP納米纖維膜中，制得形貌規(guī)整的TPE-TCF@PAN/PVP納米纖維膜，并高效產(chǎn)生ROS。

b）親水聚合物PAN和PVP為TPE-TCF@PAN/PVP納米纖維膜提供親水性，促進(jìn)纖維膜中負(fù)載的光敏劑與外部環(huán)境水相菌液的接觸，提升抗菌效果。

c）TPE-TCF質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%的TPE-TCF@PAN/PVP納米纖維膜具有親水性和適當(dāng)?shù)墓饷魟┖?，表現(xiàn)出最佳的ROS產(chǎn)生效率和抑菌效果，對(duì)S.aureus和E.coli抑菌率分別高達(dá)96.2%和100%。

本文研究的TPE-TCF@PAN/PVP納米纖維膜在白光下具有優(yōu)越的廣譜殺菌效果，在醫(yī)用抗菌纖維領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。

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Preparation and antibacterial properties of loaded aggregation-induced emission

photosensitizers nanofiber membranes

ZHANG Yanan XU Bingjie LI Mengwei REN Haotian GAO Yujie WANG Yijia WU Jindan 2

（1.Zhejiang Provincial Engineering Research Center for Green and Low-carbon Dyeing & Finishing，

Zhejiang Sci-Tech University， Hangzhou 310018， China;

2.Zhejiang Provincial Key Laboratory of Green Cleaning Technology and Washing Supplies， Lishui 323000， China）

Abstract：

Photodynamic antibacterial fibers can generate reactive oxygen species （ROS） under light exposure， rapidly reacting with microorganisms， including Gram-positive and Gram-negative bacteria， fungi， viruses， etc.， so as to achieve sterilization effects. In the field of medical protective textiles， such highly efficient， low-toxicity， and low-resistance antimicrobial materials play a crucial role. However， traditional photodynamic antibacterial fibers face challenges such as low ROS production rates and leakage of photosensitizers （PS）.

In this study， the AIE molecule with photosensitizer properties， （3-cyano-5，5-dimethyl-4-（4-（ 2-triphenylvinyl）styryl）furan-2（5H）-ylidene）malononitrile （TPE-TCF）， which possesses a donor-acceptor （D-A） structure， was used as the photosensitizer. By blending it with polyacrylonitrile （PAN） and the hydrophilic polymer polyvinylpyrrolidone （PVP）， TPE-TCF@PAN/PVP， a nanofiber membrane with excellent hydrophilicity， was prepared by using electrospinning technology. The study explored the effects of TPE-TCF doping level on the wettability， ROS production rate， and antibacterial properties of the nanofiber membrane.

Proton nuclear magnetic resonance spectroscopy （1H-NMR） confirmed the synthesis of TPE-TCF molecules， and UV-Vis spectrophotometry and fluorescence spectroscopy demonstrated that the aggregation-induced emission （AIE） property of TPE-TCF facilitated the generation of total ROS. Fourier transform infrared spectroscopy （FTIR） analysis confirmed the successful loading of TPE-TCF into the nanofiber membrane. Scanning electron microscopy （SEM） and confocal laser scanning microscopy （CLSM） showed that the TPE-TCF@PAN/PVP nanofiber membrane exhibited a regular morszQsrGA5ZhHq4iCLNlXTGg==phology， and TPE-TCF molecules were aggregated and distributed in the nanofiber membrane. The loading stability of TPE-TCF was also evaluated by measuring the UV absorption of the leach solution from the nanofiber membrane. The results indicated excellent loading stability of TPE-TCF in the nanofiber membrane. Water contact angle （WCA） experiments demonstrated that the hydrophobicity of the nanofiber membrane increased with the increase of TPE-TCF doping levels. ROS production rates of nanofiber membrane with different TPE-TCF doping levels were evaluated by using indicators such as ABDA and DCFH， revealing that the TPE-TCF@PAN/PVP nanofiber membrane with a TPE-TCF mass fraction of 0.4% exhibited the optimal ROS production efficiency. Finally， the antimicrobial performance of the nanofiber membrane was assessed. The results showed that the TPE-TCF@PAN/PVP nanofiber membrane with a TPE-TCF mass fraction of 0.4% demonstrated the best bacteriostatic effect， achieving inhibition efficiencies of 96.2% for S.aureus and 100% for E.coli under 20 minutes of white light irradiation at ultra-low power.

In summary， this study successfully prepared a TPE-TCF@PAN/PVP nanofiber membrane with highly efficient broad-spectrum antibacterial properties using electrospinning technology. The research offers a new approach to the development of medical protective materials and has the potential to address issues related to cross-infection.

Keywords：

aggregation-induced emission photosensitizer （AIE PS）; ROS; electrospinning; nanofiber membrane; photodynamic antibacterial