【HOF膜抗病毒】：基于氢键有机框架的混合基质膜的低温抗病毒活性

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摘要:
复旦大学李鹏、韩文东和东华大学王刚等报道的这篇文章(ACS Appl. Polym. Mater. 2024, 6, 3, 1823–1829)研究制备了一系列氢键有机框架(HOF)@聚偏氟乙烯(PVDF)混合基质膜(MMM),通过溶液铸膜技术用于低温抗病毒应用。HOF-101晶体的引入可以提高PVDF膜的机械强度至少20%。HOF-101的一维孔道结构使MMM暴露于更多氧气,有利于增强单线态氧(1O2)的产生。在263K时,1wt%HOF-101@PVDF MMM产生的1O2比在298K时高出40%以上。出色的1O2产生效率使MMM在低温下对囊状口炎病毒和单纯疱疹病毒1型保持超过99%和95%的杀灭效率。

研究背景:
1）在食品冷链运输中消毒是食品行业的重要课题之一。目前使用的化学消毒液存在潜在的化学毒性风险。等离子体是一种高效杀灭食源性病毒的无毒无残留的消毒技术,但实际应用受到设备和工艺标准缺乏的限制。
2）本文作者基于HOF具有可设计的光敏性能和生物相容性,提出将HOF与聚合物基质复合制备MMM,利用HOF产生的活性氧簇(如1O2)来杀灭病毒,从而开发出一种低成本、可重复使用、高效的抗病毒材料。

实验部分:
1）通过溶液铸膜法制备HOF-101@PVDF MMM,HOF-101的含量分别为1%、5%和10%。
2）采用扫描电镜、X射线衍射、红外光谱等表征MMM的形貌和结构。
3）利用DPBF探针测试MMM在不同温度(263K、273K、298K)下的1O2产生量。
4）分别测试MMM对囊状口炎病毒和单纯疱疹病毒1型的杀灭效率。在较低温度下,HOF-101@PVDF MMM能产生更高浓度的1O2,从而获得更好的抗病毒效果,在273K时对两种病毒的杀灭率仍可保持在99%和95%以上。

分析测试:
1）X射线衍射谱证实MMM中存在HOF-101的晶体相。扫描电镜表征显示,HOF-101晶体以棒状分布在PVDF基质中,晶体长度约30μm。
2）红外光谱分析表明HOF-101与PVDF之间存在氢键作用,这可能是MMM获得更好机械性能的原因。
3）1O2产量测试结果为:在263K时,1wt%HOF-101@PVDF MMM的1O2产量为5000 μmol/g;在273K时为4200 μmol/g;在298K时为3500 μmol/g。
4）HOF-101的一维孔道结构有利于氧气扩散和能量传递,从而在低温下产生更多的1O2。

总结:
1）该研究制备了HOF-101@PVDF MMM,并揭示了其在低温下产生更多1O2的机理。
2）这种MMM在模拟日光照射下表现出优异的抗病毒活性,为解决冷链运输病毒污染问题提供了一种环境友好、高效的新方案。

展望:
1）目前研究仅限于HOF-101,后续可尝试其他种类的HOF（如HOF-102）,优化材料的性能。
2）进一步研究HOF@MMM在不同环境(如不同光照、温度等)下的抗病毒性能。
3）除了抗病毒,HOF@MMM可能还具有其他功能(如催化、分离等),值得深入研究。

Hydrogen-Bonded Organic Frameworks Based Mixed-Matrix Membranes with Low Temperature Antiviral Activity
文章作者：Yao Wang, Rui Jia, Bingyue Cai, Yunke Jin, Jiang Ming, Mingzhu Lu, Chen Wang, Lin Rao, Yunbo Bi, Wendong Han, Gang Wang, and Peng Li
DOI：10.1021/acsapm.3c02621
文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsapm.3c02621