辽宁科技大学赵洪斌教授团队：同轴静电纺制备长效留香且抗菌的精油纳米纤维膜

在现代生活中，人们对生活品质的追求不断提升，长效留香产品愈发受到关注。这类产品能持续释放香气，改善环境氛围、掩盖异味。纳米纤维（NF）膜因独特的微观结构和高比表面积，在长效留香产品领域应用广泛。它通过静电纺丝技术制备，可封装芳香化合物并控制其释放，还能经表面功能化和多层同轴结构设计优化缓释效果。

而肉桂精油（CEo）具有多种功效，如广谱抗感染、抗菌、改善情绪等。将其与纳米纤维膜结合，构建同轴精油释放纳米纤维膜成为研究热点。该研究旨在增强精油持续释放性能、控制释放速率并提高稳定性，对拓展精油应用范围、提升其实用性意义重大 。

为此，辽宁科技大学赵洪斌教授团队通过共轴电纺丝技术，以聚乙烯吡咯烷酮（PVP）为芯层、聚酰亚胺（PI）为壳层，成功制备了长效香氛共轴精油纳米纤维膜。该膜充分利用共轴结构优势，将精油包裹于芯层，以壳层保护并控释精油，实现长达14天的持续香氛释放。实验数据表明，其前48小时释放效率高，后续平稳缓释，且对多种细菌和霉菌有良好抗菌性。相关成果以“Long Lasting Fragrance Coaxial Essential Oil Nanofiber Membrane: Fabrication, Characterization and Antibacterial Properties”为题发表在《Applied Polymer》期刊。

本研究运用同轴静电纺丝技术，成功制备出长效留香的 PI/PVP 纳米纤维膜。PI/PVP CEo 负载 NFs 膜的合成过程见图1。该技术以 PVP 为芯层、PI 为壳层，实现了精油的负载与释放。通过扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）对纳米纤维形态进行观察（如图 2C、1I），清晰展示了其微观结构。从图 2I 中能直观看到同轴纳米纤维具有明显的核壳边界，这种结构确保了精油的高效封装和缓慢释放。

图1 PI/PVP CEo 负载 NFs 膜的合成过程

图2 a)PI/PVP NF 垫的FTIR 光谱，PI/PVP NF 垫的照片 b)PI/PVP NF 垫的XRD c)NF 膜的SEM/TEM图 d)PI/PVP（0 wv% CEo）NFs SEM图 e)PI/PVP（3 wv% CEo） NFs SEM图 f)PI/PVP（5 wv% CEo）NFs SEM图 g)PI/PVP（7 wv% CEo）NFs SEM 图 h)PI/PVP（10 wv% CEo）NFs SEM图 i)PI/PVP 同轴NFs的TEM图

制备的纳米纤维膜能持续释放精油长达 14 天。释放速率呈现先快后慢的趋势，前 48 小时释放效率较高，之后逐渐减缓。热重分析（TGA）结果显示（如图 3B），该纳米纤维膜在约 300°C 时，由于 PVP 开始分解，膜也开始分解；到约 380°C 时，质量损失约 40% ，剩余 PI 材料继续分解；PI/PVP - 5wv%、PI/PVP - 10wv% 和纯 PI 纳米纤维均在约 500°C 开始分解。这表明含有精油的纳米纤维膜具有一定的耐高温性，能在一定温度范围内保持结构稳定。

图3 a)PI/PVP 同轴 NF 的 CEo 释放曲线 b)载有CEo的PI/PVP同轴NF的TG-DTG分析

通过抗菌圈实验可知，CEo 对不同类型的细菌和霉菌具有一定的抗菌作用，其中对铜绿假单胞菌（PA）的抗菌效果最佳（如图 4A）。图 4A 展示了多种抗菌圈直径，其中 PA 的抑菌圈直径达到 56.47 ± 0.14mm，明显大于其他菌种。CEo 中的主要成分肉桂醛，约占 90%，具有广谱抗菌活性，它能够破坏细菌细胞膜，干扰其能量代谢和蛋白质合成，从而抑制细菌生长。

图4 a) 多型抗菌圆的直径 b) CEo 的组合图

总而言之，本研究通过共轴电纺丝技术成功实现了长效香氛释放 PI/PVP NF 膜的创新制备。通过 SEM 和 TEM 直观地展示了 NF 形貌，通过芯壳结构调整实现了精油的高效包裹和缓慢释放。制备的 NF 膜可连续 14 天释放精油。TGA 分析表明，含有精油的制备 NF 膜在约 500°C 分解，显示出耐高温性。根据抑菌圈的结果，可以观察到 CEo 对不同类型的细菌和霉菌具有一定的抗菌效果，对铜绿假单胞菌（PA）的抗菌效果最佳。本研究为长效香氛释放的可持续改进提供了一种新方法。制备的共轴 NF 样品被证实具有优异的芯壳微观结构、晶体结构、化学成分和热稳定性，以及长期释放香味的能力。

公众号：纳米纤维及其应用

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文章来源：佛山微迈科技

文献来源：https://doi.org/10.1002/app.57234