研究成果
MRSD-PLA超材料膜的合成路线与应用场景
MRSD-PLA膜的空气过滤性能及机理
MRSD-PLA膜的抗菌机制与堆肥降解行为
5月8日，国际权威学术期刊《Nature》子刊——《Nature Communications》在线发表了我校安全工程学院何新建教授团队的研究成果。论文题为“Hierarchically heterogeneous interface structuring strategy for microenvironment-regulating and self-decontaminating biodegradable meta-membranes”。这是我校安全学科首次作为通讯单位在该期刊发表论文，标志着我校在该学科的研究取得了重大突破。
该研究以我校安全工程学院为第一单位，第一作者为学院2025级博士生汪少振，由何新建教授、徐欢副教授指导完成，研究工作得到国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目的资助。团队通过“分级异质界面结构”策略，构建了具有微环境调控与自清洁功能的超材料膜，实现了对颗粒物与有害微生物的高效防护及湿热舒适性协同调控。
研究成果采用静电纺丝-电喷联用技术构建分级异质界面结构，以可生物降解PLA纳米纤维为骨架，在其内部嵌入高孔隙率、电活性ZIF-8纳米晶，利用其有序微孔通道实现水蒸气与空气的定向传输，同时以丰富的不饱和配位位点作为电荷存储阱；在纤维表面则锚定低表面能、高电负性的F-TiO2纳米块，赋予膜材料疏水自清洁功能并构筑深电荷陷阱。由此形成的异质界面驱动电子定向迁移与空间电荷再分布，建立“捕获-存储-再生”闭环电荷循环机制，确保在高湿环境下仍维持稳定表面电势。
在空气净化方面，MRSD-PLA6对PM0.3过滤效率超99.1%，压降仅51.9 Pa，品质因子达0.11 Pa⁻1。经水洗及高湿（90% RH）处理24h后，PM2.5过滤效率仍保持85.3%以上，证实异质界面结构赋予的电荷“捕获-存储-再生”闭环机制有效抑制了湿度导致的性能衰减，且孔径分析表明膜内存在丰富的微孔与介孔。过滤机理阐释为：ZIF-8微孔提供纳米级拦截通道与电荷存储位点，F-TiO2构筑表面深电荷陷阱与疏水屏障，二者协同实现跨尺度颗粒物的高效静电捕获与低压损物理筛分。抗菌测试表明，MRSD-PLA6对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率达90.3%，其多机制协同抗菌机理为：ZIF-8中Zn2+配位位点与F-TiO2表面羟基协同促进光生载流子与O2/H2O反应生成活性氧（ROS），穿透细菌细胞膜破坏核酸与蛋白质，抑制营养转运与酶活性。细胞毒性及活/死染色实验证实膜材料具有良好的生物安全性。土壤掩埋降解实验显示，84天后膜结构显著崩解，质量损失超75%，证实该分级异质界面结构策略在赋予膜材料优异服役性能的同时保留了PLA固有的生物可降解性。
该成果突破了传统单一功能或单界面设计的局限，通过“分级界面+功能分区”实现多性能的系统集成。相比简单材料叠加，这种结构设计实现了真正的协同效应，使防护性能、舒适性与稳定性同时提升。同时，这种分级异质界面设计理念具有高度通用性，可拓展至过滤、传感及能量材料等多个领域。
论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-72873-z
