我国学者在生物气溶胶的高效捕获与光催化杀灭研究方面取得新进展

图 生物气溶胶在仿生蜘蛛丝光催化剂上的捕获与杀灭机理示意图

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在国家自然科学基金项目（批准号：U1901210、42207112）等资助下，广东工业大学安太成和李桂英科研团队设计了仿生蜘蛛丝光催化剂，并在其捕获与杀灭生物气溶胶的机理研究方面取得了新进展。研究结果以“仿生蜘蛛丝光催化剂用于高效捕获和灭活细菌气溶胶（Bioinspired artificial spider silk photocatalyst for the high-efficiency capture and inactivation of bacteria aerosols）”为题，于2023年4月27日在线发表在《自然•通讯》（Nature Communications）上，论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-38194-1。

生物气溶胶是人类呼吸道疾病的元凶之一。在潮湿的室内环境中（人们80%的时间是在室内环境中度过），长期悬浮并保持活性的生物气溶胶可能引发人类疾病和影响人体健康。传统的生物气溶胶控制技术如空间消杀和过滤等方法具有占用空间、产生毒副产物、高能耗和易堵塞等缺点，因此开发高效捕获和原位灭活生物气溶胶的技术并明晰其作用机理具有非常重要的科学意义。

该团队设计了一种仿生蜘蛛丝光催化剂，基于蜘蛛丝捕获空气中的微尘并将雾气凝聚成微小液滴的特性，制备了一种具有周期性纺锤结构的亲水仿生蜘蛛丝光催化剂，并利用其亲水性、生物亲和性和表面粗糙度差异等特性引起的表面能梯度和纺锤结构几何形貌形成的拉普拉斯压差协同作用，主动捕获并富集浓缩室内生物气溶胶于仿生蜘蛛丝光催化剂表面，在催化剂界面上形成液滴光催化微反应器，并利用固液界面光照产生的高效自由基实现原位对吸附捕集的生物气溶胶连续高效光催化灭活。此外，通过多种原位表征技术和现代分析手段，探讨了仿生功能材料的结构性能特征、生物气溶胶特性及环境条件如流速和湿度等对其捕获和灭活效率的影响，揭示了该仿生蜘蛛丝光催化剂与生物气溶胶的捕获、灭活效率间的构效关系，阐明了其捕获与原位杀灭生物气溶胶的机制，为生物气溶胶的防控提供了一种全新的控制技术，对保护人体健康具有重要意义。