应用 | 高效捕获和灭活生物气溶胶的仿生蜘蛛丝光催化剂
研究背景
催化剂的设计
将尼龙纤维浸在TiO2/PMMA/(DMF +乙醇)溶液中,以5?95cm s?1的速度抽出,制备了混合TiO2/PMMA主轴结的纤维。在纤维表面形成的一种薄膜,由于瑞利不稳定性,它沿着纤维自发地分离成周期性的聚合物液滴,然后在空气中干燥。在尼龙纤维(人工蜘蛛丝称为ASS)上形成周期性的光催化剂纺锤结,TiO2 光催化剂主要集中在纺锤结构上,其几何形状与蜘蛛的湿捕获丝相似。
图2 ASS光催化剂的制备
仿生捕获
仿生蜘蛛丝捕获生物气溶胶经过捕获、运输及浓缩三个阶段。仿生蜘蛛丝捕获生物气溶胶后,微生物随着小液滴从连接结构处浓缩运输至纺锤结构处。
图3 ASS光催化剂对生物气溶胶的捕获过程
捕获机理和表征
仿生蜘蛛丝的亲疏水性表征,则采用配备20 pL滴定器的接触角测试仪(KRüSS DSA30M)测定单纤维在不同湿度下的水接触角。
图5.ASS光催化剂的生物气溶胶捕获机理
a具有不同纤维衬底的ASS光催化剂的生物气溶胶捕获性能。b单个ASS光催化剂在不同湿度下的水接触角。c不同RH下细菌与ASS光催化剂之间的粘附力。d用ASS光催化剂用不同的β、主轴节的高度(H)和关节的长度(L)捕获的生物气溶胶的光学图像。e不同形貌的ASS光催化剂的生物气溶胶捕获性能。F ASS光催化剂的SEM图像和AFM图像。i说明了ASS光催化剂的生物气溶胶捕获和浓缩机制。
结论
综上所述,本文通过将二氧化钛与周期性主轴结集成,开发了一种ASS光催化剂,并详细研究了生物气溶胶的捕获和失活性能及其相应的机理。ASS光催化剂的生物气溶胶捕获性能是纯尼龙的2倍,其失活效率为99.99%。生物气溶胶首先被亲水关节捕获,然后它们向纺锤节移动,留下亲水捕获位点暴露在外,以便进一步的生物气溶胶捕获。
Peng, L., Wang, H., Li, G. et al. Bioinspired artificial spider silk photocatalyst for the high-efficiency capture and inactivation of bacteria aerosols. Nat Commun 14, 2412 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-38194-1
标签:仿生蜘蛛丝光催化剂
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