漆酶催化丁香酸聚合实现棉织物绿色染整一体化：机理探索、工艺优化与多功能性能研究

【编辑推荐】针对传统染整工艺环境污染严重、天然染料固色差等问题，新疆大学团队创新性地采用漆酶(Lac)催化丁香酸(SA)聚合，结合壳聚糖(CS)改性棉纤维，实现单体聚合-染色-功能整理一步完成。研究阐明了Ph-O/Ph-Ph键连接的聚丁香酸(PSA)呈色机制，通过分子动力学模拟揭示CN键主导的CS-PSA亲和力，所得织物K/S值达11.57、色牢度4-5级，兼具抗氧化/抗紫外/抗菌功能，为纺织业绿色转型提供新范式。

　　

在全球纺织业面临严峻环境挑战的背景下，传统染整工艺的高污染特性与天然染料固色差、工序复杂等问题形成尖锐矛盾。每年数百万吨含重金属媒染剂的废水排放，使得纺织业成为全球第二大淡水污染源。与此同时，消费者对兼具生态友好与多功能特性的纺织品需求激增。这一背景下，新疆大学Ruofei Zhu团队在《Dyes and Pigments》发表的研究，开创性地将生物酶催化技术与天然酚类化合物特性相结合，为破解这一行业困境提供了全新解决方案。

研究采用紫外-可见光谱(UV-Vis)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和质谱(MS)联用技术解析产物结构，通过分子动力学(MD)模拟阐明相互作用机制，并建立基于K/S值（颜色深度）和色牢度的工艺评价体系。实验选用新疆长绒棉为基质，以食品废料提取的壳聚糖(CS)为改性剂，采用Trametes versicolor来源漆酶(Lac)催化SA聚合。

【The color-forming process and mechanism of Lac-catalyzed polymerization of SA】
UV-Vis动态监测发现，SA在264 nm特征峰随反应进行逐渐减弱，同时在420-580 nm出现宽吸收带，表明共轭体系扩展。质谱分析鉴定出m/z 415.2、581.3等系列峰，证实通过Ph-O（酚氧键）和Ph-Ph（苯环-苯环）连接形成聚丁香酸(PSA)。其中Ph-Ph连接产物呈深棕色，这是因共轭链延长导致禁带宽度减小所致。

【Conclusions】
研究证实Lac催化SA通过自由基耦合机制聚合，CS预处理使棉纤维氨基含量提升3.2倍，与PSA的CN键结合能达-28.6 kcal/mol。优化后的一步法工艺使织物K/S值达11.57，较两步法提升67%，色牢度达4-5级（ISO 105-C06标准）。功能测试显示，PSA染色棉布对金黄色葡萄球菌抑菌率达99.2%，UPF（紫外线防护系数）>50，DPPH自由基清除率91.5%，拉伸强度提升18.3%。

该研究首次实现酶催化聚合-染色-功能整理三位一体，建立的分子模拟预测模型为天然染料设计提供新工具。从农业废弃物（虾蟹壳、橄榄渣等）到高附加值纺织品的转化路径，契合循环经济理念。特别值得注意的是，Ph-Ph型PSA与CS的特异性结合机制，为开发无金属媒染的持久染色技术奠定理论基础，这对占全球棉花产量20%的新疆棉产业升级具有重要实践意义。