負載聚集誘導發(fā)光光敏劑納米纖維膜的制備及其抗菌性能

摘 要：為解決光動力抗菌纖維活性氧（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，表征其化學結構、微觀形貌和表面親水性，并探究其ROS產(chǎn)率和抗菌效果。結果表明：TPE-TCF@PAN/PVP膜（TPE-TCF質量分數(shù)為0.4%）具有高親水性、優(yōu)異的光敏劑負載穩(wěn)定性和高ROS產(chǎn)率，超低功率白光照射20 min后，可實現(xiàn)對金黃色葡萄球菌（抑菌率大于96.2%）和大腸桿菌（抑菌率大于99.9%）的高效滅菌。該研究結果可為高效廣譜抗菌的醫(yī)用防護材料的制備和應用提供參考。

關鍵詞：聚集誘導發(fā)光光敏劑；活性氧；靜電紡絲；納米纖維膜；光動力抗菌

中圖分類號：TS101.4

文獻標志碼：A

文章編號：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注。研究表明，醫(yī)用紡織品可在一定程度上預防病原菌的傳播［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險。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)點備受矚目。

PS在光照下能產(chǎn)生活性氧（Reactive oxygen species，ROS），實現(xiàn)對革蘭氏陽性和陰性細菌、真菌以及病毒等微生物的殺滅，達到廣譜高效的抗菌效果［3］。根據(jù)化學組成，PS可分為有機PS和無機PS兩類，其中，有機PS易于加工成柔性材料，更適用于醫(yī)用防護材料領域。但是，傳統(tǒng)的有機PS，如孟加拉玫瑰紅、亞甲藍等存在聚集導致淬滅、ROS產(chǎn)生效率低等缺陷，影響了其光動力抗菌效果［4］。相比之下，具有供體-受體（Donor-acceptor，D-A）結構的新型聚集誘導發(fā)光（Aggregation-induced emission，AIE）PS，可實現(xiàn)對可見光的吸收，且具有獨特的聚集誘導ROS增強作用［5］，成為光動力抗菌領域最有前景的研究方向之一。

目前，對AIE PS的研究主要集中在對其溶液體系的光動力殺菌性能的優(yōu)化［6-7］。利用靜電紡絲技術［8］，將AIE PS與纖維復合而制備薄膜材料的報道還不多。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光照射下產(chǎn)生ROS，實現(xiàn)對金黃色葡萄球菌（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對細菌的殺滅效果。

為提高負載AIE PS的納米纖維膜的抗菌效果，本文擬采用具有D-A結構的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)率及對細菌的殺滅效果。本文研究TPE-TCF的摻雜量對納米纖維膜的潤濕性、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)用防護材料因病原體吸附導致的交叉感染問題。

1 實驗

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），國藥集團化學試劑有限公司；乙醇（AR），上海凌峰化學試劑有限公司；四氫呋喃（THF，AR），杭州高晶精細化工；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 實驗方法

1.2.1 TPE-TCF分子的合成

TPE-TCF分子根據(jù)文獻［10］報道合成，分為兩個步驟。步驟一：在氮氣環(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，用層析柱進行分離，所得粗產(chǎn)物重結晶后，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?；旌先芤河枚燃淄檩腿?，留下有機層。有機層用鹽水洗滌，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號針頭的5 mL塑料注射器中。在進料速率為0.7 mL/h、電壓為12 kV、針頭與接收器距離為14 cm的條件下進行靜電紡絲，紡絲時間為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

將不同質量分數(shù)的TPE-TCF分子溶于PAN/PVP混合液中，分別配置成TPE-TCF質量分數(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號針頭的5 mL塑料注射器中。在進料速率為0.7 mL/h、電壓為11.5 kV、針頭與接收器距離為14 cm的條件下進行靜電紡絲，紡絲時間均為3 h。分別獲得TPE-TCF質量分數(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（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的儲備液。測試前，將500 μL DCFH-DA儲備液與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的測試液。測試時，對于TPE-TCF分子的檢測，將250 μL DCFH測試液和10 μL TPE-TCF儲備液（0.625 mg/mL，DMSO）溶于1740 μL PBS（pH=7.4）或者1740 μL DMSO中；對于納米纖維膜的檢測，將1 cm×1 cm大小的納米纖維膜浸入含有250 μL DCFH測試液和1750 μL PBS（pH=7.4）的孔板中。記錄白燈（400～830 nm，50 mW/cm2）照射不同時間后的混合溶液在525 nm（激發(fā)波長為485 nm）處的熒光強度。

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的儲備液。在測試時，對于TPE-TCF分子的檢測，將12 μL ABDA儲備液和12 μL TPE-TCF儲備液（0.625 mg/mL，DMSO）溶于2976 μL去離子水或DMSO中；對于納米纖維膜的檢測，將1 cm×1 cm大小的納米纖維膜浸入含有12 μL ABDA測試液和2988 μL去離子水的孔板中。記錄白光（400～830 nm，50 mW/cm2）照射不同時間后混合溶液在340～600 nm處的吸收光譜。

1.2.6 抗菌實驗測試

按照標準程序評估納米纖維膜對S.aureus和E.coli的抑菌活性。兩株細菌在37 ℃、150 r/min下振蕩培養(yǎng)過夜，直到達到它們的對數(shù)生長期。將1 mL細菌懸液（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菌作為對照組。然后用無菌PBS稀釋細菌懸液，將100 μL稀釋后的細菌懸液均勻涂抹在LB瓊脂板上，37 ℃孵育24 h。最后，對LB瓊脂板上的細菌進行拍照，用Image J軟件進行計數(shù)定量分析。所有實驗均重復進行驗證。由式（1）計算抑菌率［11］。

S/%=Na-NiNa×100（1）

式中：S為抑菌率，%；Na為對照組細菌菌落數(shù)，CFU；Ni為實驗組細菌菌落數(shù)，CFU。

1.3 測試方法

1.3.1 化學結構測試

采用傅里葉變換紅外光譜儀（5700，Nicolet）對薄膜樣品的化學基團結構進行分析。

1.3.2 形貌測試

采用高分辨場發(fā)射掃描電鏡（500 Gemini）和激光共聚焦（Nikon C2+）對制備樣品的形貌進行測試分析。

2 結果與討論

2.1 TPE-TCF的結構表征

為了表征TPE-TCF的化學結構，測試了它在氘代氯仿中的核磁共振氫譜（1H NMR），結果如圖1所示。其中，化學位移位于1.78～1.74、6.97～6.89、7.39～7.35和7.54～7.38的信號峰對應于分子結構中的氫原子Ha、Hb、Hc和Hd，其余信號峰對應于苯環(huán)上的氫原子。以上信號峰的積分面積的比例與TPE-TCF分子結構中氫原子個數(shù)的比例相同，證明了TPE-TCF分子的成功合成。

2.2 TPE-TCF的光動力性能

負載光敏劑的ROS生成效率是納米纖維膜實現(xiàn)抗菌效果的關鍵因素。從分子結構角度，TPE-TCF具有典型的供體-受體（D-A）結構，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發(fā)光性能實現(xiàn)ROS增強，進一步提升其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，生成相應的內過氧化物，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氧化為強熒光DCF，使其位于525 nm處的熒光發(fā)射強度增強，因此，DCFH溶液在525 nm處的熒光強度的變化可用于反映ROS的生成［14］。在模擬太陽光的白色光源照射下，可使用ABDA評估TPE-TCF的1O2產(chǎn)生效率，使用DCFH評估TPE-TCF分子的總ROS產(chǎn)生量。不同時間下，不同組分中ABDA溶液在378 nm處吸光度的相對變化率如圖2（a）所示。從圖2（a）中觀察到，黑暗條件下，對照組、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的吸光度均隨時間的延長出現(xiàn)了一定程度的下降，且TPE-TCF/水和TPE-TCF/DMSO對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測試也表現(xiàn)出相似結果。不同時間下，不同組分中DCFH溶液在525 nm處熒光強度的相對變化率如圖2（b）所示，在光照條件下，加入TPE-TCF/水后，DCFH溶液發(fā)射熒光強度絕對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。以上測試結果證明，在白光照射下，TPE-TCF聚集體具有較高1O2和ROS產(chǎn)率，可在日光驅動下高效滅活病原菌。

2.3 TPE-TCF@PAN/PVP納米纖維膜的結構表征

采用紅外光譜分別對TPE-TCF、純PAN/PVP膜和TPE-TCF質量分數(shù)分別為0.07%、0.1%、0.4%、0.7%、1.0%的TPE-TCF@PAN/PVP膜進行測試。如圖3所示，TPE-TCF在2228 cm-1處的特征峰對應于C≡N鍵的拉伸振動，PVP在1654 cm-1處的特征峰對應于中吡咯環(huán)內C＝O基團的拉伸振動，在1290 cm-1處的特征峰對應于CN的拉伸振動。這些特征吸收峰都出現(xiàn)在不同TPE-TCF質量分數(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質量分數(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)射強度逐漸增強。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載穩(wěn)定性

TPE-TCF在納米纖維膜中的負載穩(wěn)定性是影響其應用效果和長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載的TPE-TCF分子溢出至浸出液中，從而分析TPE-TCF在膜中的負載穩(wěn)定性。TPE-TCF在納米纖維膜中的負載穩(wěn)定性測試如圖5所示，從圖5（a）可以看出，質量分數(shù)為0.4%的TPE-TCF溶液呈現(xiàn)明顯的紅色，而將同等TPE-TCF摻雜質量分數(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到TPE-TCF紫外吸收峰；而質量分數(shù)為0.004%的TPE-TCF溶液在460 nm處的吸光度為1.61。以上結果均可證明，通過共混靜電紡絲技術得到的TPE-TCF@PAN/PVP膜具有優(yōu)異的TPE-TCF負載穩(wěn)定性。

2.6 TPE-TCF@PAN/PVP納米纖維膜的表面潤濕性

納米纖維膜的表面潤濕性直接影響它與外部水相菌液環(huán)境的接觸效率，進而影響纖維膜中負載的光敏劑TPE-TCF生成的ROS對菌液中細菌的殺滅效果［15］。因此，以水滴接觸角（WCA）為指標，表征了具有不同TPE-TCF摻雜量的納米纖維膜的表面潤濕性，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（0.3 s）就達到了完全潤濕。但TPE-TCF為疏水有機PS，它在PAN/PVP納米纖維膜中的摻雜會影響所得TPE-TCF@PAN/PVP納米纖維膜的親水性。從圖6（b）中可知，隨著TPE-TCF質量分數(shù)的增加，納米纖維膜疏水性不斷增加。其中，質量分數(shù)為0.07%和0.1%的TPE-TCF@PAN/PVP納米纖維膜完全潤濕時間分別為0.3 s和0.9 s，質量分數(shù)為0.4%的TPE-TCF@PAN/PVP納米纖維膜的接觸角可在42～60 s內維持在16.8°，均表現(xiàn)出較好的親水性。而隨著TPE-TCF質量分數(shù)的進一步增加，0.7%和1.0%的TPE-TCF@PAN/PVP納米纖維膜在60 s內的接觸角為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，進一步研究了不同質量分數(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，且隨著白光照射時間的延長，DCFH溶液在525 nm的熒光強度相對變化率增加（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質量分數(shù)的納米纖維膜的ROS生成效率不同。其中，質量分數(shù)為0.4%的TPE-TCF@PAN/PVP膜具有最好的ROS生成效果，其ABDA相對變化率從100%降至38.22%（見圖7（c）），DCFH絕對變化率從0%升至37.82%（見圖7（d））。與質量分數(shù)為0.4%的TPE-TCF@PAN/PVP膜相比，質量分數(shù)為0.07%和0.1%時的膜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；質量分數(shù)為0.7%和1.0%時，膜ROS產(chǎn)率同樣降低，這是由于當TPE-TCF摻雜量大時，納米纖維膜表現(xiàn)出明顯的疏水性能。此時，包裹在納米纖維膜內部的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。以上結果表明，當納米纖維膜的TPE-TCF摻雜量適當且親水性較好時，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

選用兩種模型細菌（E.coli和S.aureus）對不同TPE-TCF質量分數(shù)的TPE-TCF@PAN/PVP納米纖維膜進行抗菌性能評價。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)出明顯細菌滅活效果；相反，其在光照下表現(xiàn)出顯著的細菌滅活效果。這是由于在光照下，負載于納米纖維膜中的聚集誘導發(fā)光光敏劑可高效產(chǎn)生ROS。當光敏劑質量分數(shù)為0.4%時，納米纖維膜具有最好的抗菌效果，對E.coli和S.aureus抑菌率分別高達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菌充分接觸，實現(xiàn)對細菌的高效滅活。

3 結論

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

a）聚集誘導發(fā)光光敏劑TPE-TCF以聚集狀態(tài)穩(wěn)定負載于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，促進纖維膜中負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質量分數(shù)為0.4%的TPE-TCF@PAN/PVP納米纖維膜具有親水性和適當?shù)墓饷魟┖?，表現(xiàn)出最佳的ROS產(chǎn)生效率和抑菌效果，對S.aureus和E.coli抑菌率分別高達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)用抗菌纖維領域展現(xiàn)出巨大的應用潛力。

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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