基于液晶多重乳液的缓释香茅油功能化抗菌织物整理技术研究

《Colloids and Surfaces B: Biointerfaces》：Liquid crystal-based multiple emulsion carriers for prolonged essential oil delivery: Toward functional antimicrobial fabric finishing

本研究针对传统织物抗菌整理剂(FAGs)存在有效期短、损伤纺织品、残留污渍和生物安全性问题，开发了一种以液晶多重乳液(LCME)为载体的环保型多功能织物抗菌喷雾(CO-LCME)。通过结构导向型乳化剂配方工程构建了具有有序层状液晶(Lα)相的仿生结构，实现了香茅油(CO)的缓释输送。CO-LCME在复杂环境应力下表现出优异稳定性，抗菌耐久性超过30小时，可在多种纺织品上均匀沉积且易清洗，对HaCaT细胞毒性显著低于商业FAGs，为创新纺织品化学整理技术提供了商业化可行且生态可持续的范例。

　　

在日常生活中，我们穿着的衣物、使用的沙发等纺织品直接接触人体皮肤，很容易成为病原微生物的滋生地。这些微生物不仅威胁人类健康，还会导致纺织品品质下降。虽然市场上已有多种织物抗菌整理剂(FAGs)，如纳米银、季铵盐等，但它们往往存在有效期短、可能损伤纺织品纤维、留下难看污渍甚至引发皮肤过敏等问题。特别是对于丝绸、皮革等高端面料，常规消毒剂的使用受到很大限制。

为了解决这些难题，石河子大学的研究团队将目光投向了天然植物精油。香茅油(CO)作为一种具有愉悦香气的天然精油，含有香茅醇、香茅醛等抗菌成分，对金黄色葡萄球菌(S. aureus)、大肠杆菌(E. coli)和白色念珠菌(C. albicans)均有良好抑制作用。但精油本身水溶性差、易挥发、释放过快的特点限制了其在纺织品整理中的应用。

受自然界中石榴和俄罗斯套娃的多层结构启发，研究人员开发了一种创新的液晶多重乳液(LCME)载体系统，通过一步乳化法成功构建了具有仿生层次结构的CO-LCME。这种系统不仅能保护香茅油免受环境影响，还能实现缓慢持续的释放，大大延长抗菌效果。相关研究成果发表在《Colloids and Surfaces B: Biointerfaces》上，为纺织品功能化整理提供了新思路。

研究团队采用的关键技术方法包括：通过结构导向型乳化剂配方工程，筛选具有特定亲水亲油平衡值(HLB)的生物相容性表面活性剂和豆磷脂复合乳化剂(SL-E)；利用临界堆积参数(CPP)理论指导液晶相形成；采用一步乳化法制备具有仿生结构的液晶多重乳液；通过多种表征手段系统评估乳液的胶体稳定性、抗菌性能、纺织品适用性和生物安全性。

结果与讨论

液晶多重乳液的构建与表征

通过乳化剂配方工程的系统优化，研究人员成功构建了具有有序层状液晶(L_α)相的CO-LCME。这种乳液呈现出独特的仿生结构：类似石榴籽的"pomegranate-like"结构和类似套娃的"matryoshka-like"结构。液晶相的形成得益于表面活性剂在油水界面上的定向排列，形成了长程有序、短程无序的层状结构，为香茅油提供了良好的封装和缓释环境。

稳定性评估

由于层次限域效应，CO-LCME在复杂环境应力下表现出卓越的稳定性。无论是稀释、热储存还是冻融循环，乳液都能保持结构完整性和功能稳定性。这种稳健性使得CO-LCME在实际应用中具有显著优势，特别是在温度变化较大的存储和使用条件下。

抗菌性能研究

CO-LCME最显著的优势在于其持久的抗菌效果。实验表明，该乳液在织物整理应用中抗菌耐久性超过30小时，远优于传统抗菌剂。对S. aureus、E. coli和C. albicans的最低有效浓度仅为10 mg/mL（其中CO浓度为0.1 mg/mL），显著低于商业FAGs产品。

纺织品适用性

CO-LCME在多种纺织品上均表现出良好的适用性，包括棉、丝、麻、羊毛和皮革等不同材质的织物。乳液能够均匀沉积在纤维表面，不会留下残留污渍，且易于清洗，保持纺织品原有的手感和外观。

生物安全性评价

安全性评估显示，CO-LCME对人角质形成细胞(HaCaT)的细胞毒性显著低于商业FAGs，表明其具有更好的生物相容性。这一特性对于直接接触皮肤的纺织品应用尤为重要，降低了潜在的健康风险。

研究结论表明，通过结构导向型乳化剂配方工程成功构建的仿生层次结构CO-LCME，为织物抗菌整理提供了创新解决方案。该技术不仅解决了传统FAGs存在的有效期短、纺织品损伤和安全性问题，还实现了天然精油的高效利用和缓释输送。CO-LCME的多功能特性、良好适用性和优异生物安全性，使其在高端纺织品整理、医疗纺织品和日常家用纺织品等领域具有广阔应用前景。这项研究为开发生态可持续的纺织品化学整理技术提供了新范式，推动了绿色纺织化学品产业的发展。