木质素基光固化3D打印抗菌复合树脂的研发及其在定制化宠物产品可持续制造中的应用

为解决宠物产品表面细菌污染威胁健康的问题，研究人员通过光聚合3D打印技术开发了以部分甲基丙烯酸化木质素(M-lignin)为抗菌剂的复合树脂。该材料在保持90%以上细胞存活率的同时，对金黄色葡萄球菌(S. aureus)和大肠杆菌(E. coli)的抑制率达96.5%和95.2%，成功制备出抗菌宠物用品，为可持续制造提供了新方案。

　　

随着宠物主人角色从"宠物爱好者"向"宠物家长"转变，全球宠物产品行业迎来爆发式增长。然而，宠物用品表面的细菌污染问题日益凸显，可能通过直接接触或生物膜形成威胁宠物与人类健康。传统抗菌剂如抗生素和金属纳米颗粒存在释放不可控、诱导耐药性和细胞毒性等问题，亟需开发基于天然生物聚合物的新型抗菌材料。

中国某研究机构团队在《Industrial Crops and Products》发表研究，利用储量丰富的木质素——造纸工业的副产物，通过化学改性将其转化为适用于光固化3D打印的抗菌材料。研究人员采用关键实验技术包括：1)木质素的甲基丙烯酸化改性；2)数字光处理(DLP)3D打印成型；3)力学性能测试；4)抗菌活性评估(针对S. aureus和E. coli)；5)细胞毒性检测(NIH/3T3细胞系)；6)加速老化实验(ASTM F1980-21标准)。

研究结果显示：甲基丙烯酸化木质素(M-lignin)通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)和核磁共振(NMR)证实成功接枝，保留45%酚羟基活性。含20% M-lignin的复合树脂(LCR-4)展现最佳抗菌性能，抑制率分别达96.5±3.2%(S. aureus)和95.2±2.8%(E. coli)，FESEM显示其表面细菌粘附显著减少。尽管随M-lignin含量增加，拉伸强度从28.8±3.7 MPa降至23.3±3.4 MPa，但所有样品细胞存活率均>90%。加速老化测试(60°C/28天，相当于390天室温)后，材料仍保持85%以上抗菌活性。

该研究首次将改性木质素应用于DLP 3D打印抗菌宠物产品，包括猫砂盆、智能喂食器等。通过共价交联网络结构，M-lignin既作为单体又发挥持久抗菌功能，解决了传统抗菌剂释放不可控的问题。这项工作不仅为木质素高值化利用开辟新途径，更为可持续制造抗菌产品提供了创新方案，对促进"人宠共健"具有重要意义。研究证实，基于天然聚合物的功能化3D打印材料在个性化医疗、环保消费品等领域具有广阔应用前景。