碘掺杂纤维素膜修饰的TiO2 -rGO纳米复合材料增强外科口罩抗菌与光催化性能研究

为解决外科口罩缺乏病毒/细菌灭活能力导致的二次感染风险，研究人员通过水热法和溶液浇铸法制备了TiO2 修饰的二维还原氧化石墨烯（rGO）与碘-羧甲基纤维素（TIRC）纳米复合材料，并采用喷涂技术改性外科口罩。结果表明，TIRC涂层显著提升口罩对金黄色葡萄球菌（13.97±0.14 mm）和大肠杆菌（13.12±1.58 mm）的抑菌活性，且在可见光下对亚甲基蓝（MB）降解效率达92.20%。该研究为开发兼具自灭菌、可重复使用特性的防护装备提供了新策略。

　　

研究背景与意义
全球传染病大流行暴露了传统外科口罩的致命缺陷——无法灭活附着的病原体，导致高达95%过滤效率的N95口罩仍存在二次感染风险。据统计，2021年呼吸道病原体已造成超2亿人感染、400万人死亡。更棘手的是，市售口罩普遍存在疏水性不足、生物降解性差等问题，而纳米材料改性口罩又面临肺蓄积毒性隐患。如何赋予口罩"自清洁"能力，成为突破防护瓶颈的关键。

印度达塔·麦吉高等教育与研究学院的研究团队独辟蹊径，首次将二氧化钛(TiO₂
)、还原氧化石墨烯(rGO)、碘(I₂
)与羧甲基纤维素(CMC)四元纳米复合材料（TIRC）应用于口罩改性。这项发表于《Medical Engineering & Physics》的研究显示，这种"智能涂层"不仅能高效杀灭病原菌，还能在阳光下自动降解污染物，为防护装备带来革命性升级。

关键技术方法
团队采用改进Hummer法制备二维rGO，通过溶胶-凝胶法合成TiO₂
纳米颗粒，并用水热法构建rGO@TiO₂
复合体。TIRC纳米复合材料通过溶液浇铸法合成，最终采用喷涂技术负载于口罩表面。通过X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、拉曼光谱等技术表征材料特性，采用圆片扩散法评估抗菌性能，以亚甲基蓝(MB)降解实验测试光催化活性。

研究结果
XRD分析：TIRC纳米复合材料的特征峰（9.2°、25.1°、48.2°等）对应正交晶系结构，涂层后口罩在22.6°出现CMC特征峰。

FTIR与拉曼光谱：624 cm^?1
处Ti-O-Ti键和1637 cm^?1
处C=C键证实TiO₂
与rGO的成功复合。拉曼光谱中142 cm^?1
（O-Ti-O）、72 cm^?1
（I₂
）及1354/1593 cm^?1
（D/G带）进一步验证材料结构。

抗菌性能：TIRC涂层使口罩对金黄色葡萄球菌(S. aureus)和大肠杆菌(E. coli)的抑菌圈分别达13.97±0.14 mm和13.12±1.58 mm，显著优于未处理组。

光催化活性：在可见光下，TIRC涂层对MB的降解效率达92.20%，归因于TiO₂
产生的超氧自由基(O₂
^•?
)和羟基自由基(OH^•
)。

结论与展望
该研究开创性地将TIRC纳米复合材料应用于口罩改性，通过多重机制协同作用：碘分子破坏病原体膜结构，rGO的尖锐边缘物理切割细菌，TiO₂
光催化产生活性氧物种。值得注意的是，涂层在保持抗菌效能的同时，其超疏水特性（接触角>150°）可阻隔飞沫吸附。研究团队特别指出，CMC的引入增强了材料的生物相容性，有望缓解纳米颗粒的肺蓄积风险。

这项技术突破不仅为疫情防控提供了"自消毒"解决方案，其可见光响应的特性更适用于日常环境。未来或可拓展至医用敷料、空气过滤系统等领域，为应对全球公共卫生危机提供新的技术范式。