等离子体辅助聚多巴胺/氧化石墨烯在羊毛上的绿色组装：面向生物启发的多功能非织造材料

《Applied Nursing Research》：Plasma-assisted green assembly of polydopamine and graphene oxide on wool: Toward bioinspired, multifunctional nonwoven

本研究针对蛋白质纤维多功能表面改性策略缺乏的问题，通过等离子体处理、聚多巴胺(PDA)涂层及氧化石墨烯(GO)层层自组装，结合抗坏血酸绿色还原，成功开发出兼具优异紫外线防护(UPF>250)、阻燃性(峰值热释放率降低51%)和导电性(1.85 S m-1)的多功能羊毛纺织品，为可持续高性能纺织品的开发提供了新途径。

　　

随着人们对功能性纺织品需求的日益增长，开发兼具防护性能和智能特性的纺织材料成为研究热点。羊毛作为一种天然蛋白质纤维，虽然具有生物降解性、隔热性和固有阻燃性等优点，但其在紫外线防护、导电性和高性能阻燃方面仍存在不足。传统的功能化方法往往使用卤化阻燃剂、金属纳米粒子或导电聚合物，这些方法不仅可能带来环境和健康风险，还常常影响羊毛本身的柔软性和生物降解性。因此，开发一种环境友好、高效且能同时赋予羊毛多种功能性的表面改性策略具有重要意义。

在这项发表于《Applied Nursing Research》的研究中，研究人员提出了一种创新的生物启发方法，通过等离子体辅助的聚多巴胺(PDA)和氧化石墨烯(GO)层层自组装技术，成功制备了多功能非织造羊毛织物。

研究采用了几项关键技术方法：首先使用空气等离子体处理羊毛织物以增加表面亲水性；然后通过多巴胺在Tris缓冲液(pH 8.5)中的自聚合形成PDA涂层；接着采用层层自组装技术交替沉积PDA和GO；最后使用抗坏血酸进行绿色还原获得还原氧化石墨烯(rGO)涂层。研究团队对改性前后的羊毛织物进行了系统的表征和性能评估。

表面形貌分析表明，等离子体处理在羊毛纤维表面产生了微细沟槽和裂纹，增加了表面粗糙度。PDA沉积后纤维颜色由白色变为深棕色，GO涂层进一步增加了表面覆盖度，还原后纤维变为黑色。化学结构分析通过拉曼光谱确认了GO和rGO的特征D带和G带，FTIR和XPS分析证实了PDA和GO的成功沉积以及GO向rGO的有效转化。

热性能研究结果显示，改性织物的热稳定性显著提高。TGA分析表明，rGO/PDA-W的残炭率从未处理羊毛的14.21%提高到30.33%。PCFC测试显示，rGO涂层羊毛的峰值热释放率从未处理羊毛的135.5 W/g降至66.1 W/g，降幅达51%，表明阻燃性能显著改善。

功能性能测试取得了令人瞩目的成果。紫外线防护因子(UPF)从未处理羊毛的约50提高到250以上，实现了优异的紫外线防护效果。电导率测试表明，rGO涂层羊毛的电导率达到1.85 S m^-1，能够成功点亮LED电路，而未处理羊毛则保持绝缘性。经过三次洗涤循环后，导电性和UPF值均保持稳定，证明了涂层的耐久性。

研究人员还深入探讨了PDA和GO在羊毛上的沉积机制。等离子体处理通过去除表面脂质层、暴露蛋白质基质并引入极性官能团，增强了表面反应性。PDA通过席夫碱和迈克尔加成反应与羊毛表面的氨基共价结合，同时其丰富的儿茶酚和氨基官能团为GO沉积提供了反应平台。GO与PDA之间通过静电吸引、氢键和π-π堆积作用实现牢固结合。

该研究的重要意义在于开发了一种全水性、环境友好的多功能羊毛纺织品改性策略，成功整合了紫外线防护、阻燃性和导电性三种关键功能。与传统的需要多步处理或使用有害试剂的方法相比，这种等离子体辅助的PDA-GO组装技术为蛋白质纤维的功能化提供了新思路，在防护服装、可穿戴电子设备等领域具有广阔的应用前景。特别是该方法采用的抗坏血酸绿色还原工艺，避免了传统还原剂的环境风险，符合可持续发展理念。研究还证明了该技术具有工业化应用的潜力，可与现有的纺织品加工技术相兼容，为高性能生态友好型纺织品的商业化生产奠定了基础。