可降解κ-卡拉胶-原花青素复合膜作为口罩抗病毒涂层的开发与应用研究

为应对COVID-19疫情中传统消毒剂的毒性及环境问题，巴西坎皮纳斯大学团队开发了κ-卡拉胶(KC)与原花青素(PA)复合的可降解抗病毒薄膜。研究表明，含0.5% PA的薄膜可在1分钟内完全灭活SARS-CoV-2，通过结合病毒包膜蛋白、抑制复制等多机制发挥作用，56天土壤降解率达80%，且不影响口罩透气性(69.48±3.45 Pa/cm2 )，为可持续个人防护装备提供新方案。

　　

【研究背景】
COVID-19大流行暴露了传统消毒方法的局限性——化学消毒剂可能产生毒性，紫外线照射存在死角，而广泛使用的含金属纳米粒子或季铵盐的防护材料又面临环境累积风险。在这样的背景下，开发兼具高效抗病毒性和环境友好特性的新型材料成为迫切需求。κ-卡拉胶(KC)作为一种从红藻中提取的天然多糖，具有成膜性好、生物相容性佳的特点；而原花青素(PA)作为植物多酚，已知具有抗病毒潜力但尚未被系统应用于防护材料。这两者的结合能否创造"鱼与熊掌兼得"的解决方案？

巴西坎皮纳斯大学的研究团队在《Colloids and Surfaces B: Biointerfaces》发表的研究给出了肯定答案。他们创新性地将KC与PA（0-5% w/V）复合，开发出可降解抗病毒薄膜，并系统评估了其在个人防护装备中的应用潜力。

【关键技术】
研究采用三步法：1) 通过溶液浇铸法制备KC-PA复合膜；2) 在生物安全三级(BSL-3)实验室用Vero CCL81细胞培养SARS-CoV-2（毒株HIAE-02）进行病毒灭活测试；3) 通过原子力显微镜(AFM)分析膜表面形貌，热重分析评估稳定性，并模拟土壤环境进行56天降解实验。口罩适用性则通过专门设计的透气性测试装置验证。

【研究结果】

1. Virucidal effect of KC-PA films
   含0.5% PA的薄膜在1分钟内实现SARS-CoV-2完全灭活，无需光照辅助。机制研究发现PA可通过三重途径发挥作用：直接结合病毒包膜蛋白形成复合物；抑制病毒与宿主细胞ACE2受体的结合；诱导病毒颗粒内活性氧(ROS)积累。KC则通过其硫酸酯基团增强病毒吸附能力。

2. 材料特性
   PA的加入使薄膜厚度从纯KC的0.12 mm增至0.21 mm（5% PA组），表面粗糙度(Ra)从3.2 nm提升至28.7 nm，但热分解温度提高了17°C。所有配方在模拟土壤中56天后均显示约80%质量损失，符合可降解标准。

3. 实际应用性能
   涂层口罩的透气性测试显示，空气透过阻力为69.48±3.45 Pa/cm²
   ，优于医用口罩标准(≤100 Pa/cm²
   )。抗病毒活性在25°C储存30天后仍保持95%以上。

【结论与意义】
该研究首次证明KC-PA复合膜可作为口罩的功能性涂层，其优势体现在：

1. 快速杀毒特性（1分钟灭活）超越多数商用产品；
2. 完全生物基成分避免重金属污染风险；
3. 透气性与降解性的平衡解决了"环保口罩呼吸阻力大"的行业难题。

作者Melissa Gurgel Adeodato Vieira团队特别指出，这种材料对变异毒株可能同样有效，因为其作用靶点是相对保守的病毒包膜蛋白。随着全球对"后疫情时代"可持续防护的重视，这项研究为开发下一代兼具生物安全性与环境兼容性的防护材料提供了重要范式。