利用微流控系统评估绿色合成的ZnSe量子点的生物特性：一种增强抗菌活性的新方法

《Applied Surface Science Advances》：Evaluation of biological properties of green-synthesized ZnSe quantum dots using microfluidic systems: A novel approach to enhancing antibacterial activity

纳米二氧化锌增强聚对苯二甲酸乙二醇酯复合材料的制备及其抗菌与紫外防护性能研究。通过大气压等离子体喷射预处理PET表面，滴涂脉冲激光水溶液合成的ZnO纳米颗粒，二次APPJ处理固定纳米颗粒，实现二维均匀分散。研究表明，最高浓度ZnO（245.75 mg/kg）使紫外防护因子提升29%，接触角降至17°，且纳米颗粒溶出量低于3 mg/L安全阈值。抗菌测试显示对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌杀菌率接近100%。该方法为开发高效环保食品包装材料提供新思路。

　　本研究聚焦于利用大气压等离子体喷射（APPJ）技术合成具有不同氧化锌（ZnO）浓度的PET/ZnO复合材料。PET作为一种广泛应用于食品包装领域的高透明、高稳定性以及良好热力学和机械性能的聚合物，其主要缺点在于表面性能较差，如表面自由能、润湿性、附着力和形态等。为改善这些表面性能，同时保持其体积性能不变，研究采用了物理表面改性技术，其中APPJ因其操作简便、成本低、无需溶剂等优势而受到广泛关注。

在本研究中，ZnO纳米颗粒（NPs）通过脉冲激光烧蚀在水中的方法合成，以确保其纯度。随后，通过APPJ对PET进行预处理，使其表面形成微小的波纹结构，然后将ZnO纳米颗粒溶液通过滴涂方式覆盖在PET表面，最后再次使用APPJ处理，以确保纳米颗粒牢固嵌入PET表面形成的波纹中，实现二维（2D）纳米颗粒的嵌入。这种合成方法不仅避免了化学处理带来的环境问题，而且具有较高的可扩展性，适用于商业化的PET薄膜。

为了验证纳米颗粒是否牢固嵌入PET中，以及其是否适用于直接食品接触，进行了渗出测试。测试结果表明，纳米颗粒在PET中的渗出量非常低，远低于世界卫生组织（WHO）和欧洲食品安全局（EFSA）对饮用水中锌浓度的可接受标准，这表明该复合材料在食品安全和环境安全方面具有良好的潜力。

此外，研究还通过多种表征技术对PET/ZnO复合材料进行了全面分析。包括紫外-可见光谱（UV–Vis）用于分析ZnO纳米颗粒的光学特性，傅里叶变换红外光谱（FTIR）用于研究其分子组成和化学键的变化，扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）用于观察其表面形貌和粗糙度的变化，X射线光电子能谱（XPS）和时间飞行二次离子质谱（ToF-SIMS）用于分析其化学组成和深度分布。这些分析手段共同揭示了PET/ZnO复合材料在物理、化学和表面特性上的显著改善。

在性能评估方面，研究重点考察了PET/ZnO复合材料的紫外线防护性能。通过紫外-可见光谱仪测量其在290至400 nm波长范围内的透射率，并结合紫外防护因子（UPF）的计算方法，发现随着ZnO纳米颗粒浓度的增加，PET的紫外防护性能显著提升。其中，最高浓度的ZnO纳米颗粒（245.75 mg Zn/kg PET）使UPF值提高了29%。这一结果表明，PET/ZnO复合材料具有较强的紫外线阻隔能力，有助于延长食品包装的使用寿命并确保食品质量。

同时，研究还测试了PET/ZnO复合材料的抗菌性能，对革兰氏阴性菌大肠杆菌（E. coli）和革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌（S. aureus）进行了实验。结果显示，最高浓度的ZnO纳米颗粒在PET中实现了几乎100%的抗菌效率，这表明该复合材料在抗菌性能方面具有极大的应用潜力。由于ZnO纳米颗粒的二维嵌入特性，它们在表面形成有效的抗菌层，而不会对PET的体积性能产生显著影响。

值得注意的是，虽然APPJ处理提高了PET的表面润湿性和功能化程度，但同时也导致其弹性模量的降低。然而，通过在PET中嵌入适量的ZnO纳米颗粒（200和500 μL），弹性模量得到了一定程度的恢复。这表明，ZnO纳米颗粒在一定程度上能够增强PET的机械性能，为食品包装材料提供了更优的物理特性。

综上所述，本研究提出了一种基于APPJ的PET/ZnO复合材料合成方法，不仅有效改善了PET的表面性能，还显著提升了其紫外线防护和抗菌能力，同时确保了纳米颗粒在材料中的牢固嵌入，从而提高了材料的安全性。这一研究为食品包装行业提供了一种新的材料解决方案，具有重要的实际应用价值。