《Industrial Crops and Products》：Low-surface-energy cotton fabrics for hygiene control: Super-repellent surfaces resistant to biological and non-biological contamination
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研究人员通过硅烷功能化制备了低表面能超排斥纳米二氧化硅(SRNS)。采用空气喷涂技术将SRNS均匀施加于棉织物表面。SRNS涂层棉织物表现出超疏水性，接触角高于155.9±1.9°。该涂层对微生物、生物及污损污染物黏附表现出强抗性，并通过洗涤测试与化学浸出抗性
研究人员通过硅烷功能化制备了低表面能超排斥纳米二氧化硅(SRNS)。采用空气喷涂技术将SRNS均匀施加于棉织物表面。SRNS涂层棉织物表现出超疏水性，接触角高于155.9±1.9°。该涂层对微生物、生物及污损污染物黏附表现出强抗性，并通过洗涤测试与化学浸出抗性评估验证了耐久性。
研究背景与立项依据
棉织物因廉价、透气、柔软广泛用于收获后作业、食品加工等领域，但其本征亲水性与多孔三维纤维素结构易吸收并截留生物流体与污染物，促进污染与交叉污染。在农业与食品链中，棉花类材料可残留有机物与病原体数天至三个月，成为交叉污染源。现有抗菌策略难以阻断蛋白质等大分子的早期调节膜形成，且杀菌剂浸出带来安全与环境隐患；而超疏水防污策略虽受关注，但多数研究仅针对细菌单一污染，且制备常涉及溶胶-凝胶、化学气相沉积、层层组装等多步工艺，难以放大到工业面料整理。针对上述生物污染谱不全与制造工艺复杂的双重瓶颈，研究人员提出一种可放大的单步空气喷涂路线，在棉织物上构建低表面能、分级粗糙度的超排斥纳米二氧化硅(SRNS)涂层，系统评估其对真菌、细菌、蛋白质、全血与泥污的广谱抗黏附性能及耐久性与安全性。
《Industrial Crops and Products》刊发的该工作，由Juhyun Jeong、Dongik Cho、Hansu Kim、Shin Han、Nadim Mahmud、Shuhao Liu与Jun Kyun Oh完成，核心结论是：一步法SRNS喷涂赋予棉织物稳定Cassie-Baxter态超疏水（水接触角155.9±1.9°），对黑曲霉(Aspergillus niger)与大肠杆菌(Escherichia coli)黏附分别降低约83.3%与99.9%，显著抑制牛血清白蛋白(BSA)吸附、全血与伊利石泥浆附着，经50次标准洗涤与高剪切萃取后接触角仍>150°，14天水浸无检出氟浸出，细胞毒性符合ISO 10993-5，为农业食品纺织从实验室走向工厂(lab-to-fab)提供了可行方案。
主要关键技术方法
研究人员选用ISO 105 F02标准邻位棉布（115±5 g/m2平纹）为基底；纳米二氧化硅（约20 nm）经含氟硅烷THFS（trichloro(1H,1H,2H,2H-heptadecafluorodecyl)silane）在己烷中超声硅烷化制得SRNS悬浮液；采用气压喷枪（50 psi、20 cm距离）双面喷涂并室温干燥，增重3.87%（4.13 g/m2）。表征端依靠傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)、共焦激光扫描显微镜(CLSM)与接触角仪；生物端以ATCC 16888黑曲霉与ATCC 25922大肠杆菌为模型，结合琼脂板静态扩展、动态超声脱落、倾注平板计数、原子力显微镜(AFM)观察；非生物污染端采用BSA-Coomassie染色定量、全血与伊利石泥浆静态/10°倾斜滑动测试及重量法附着力计算；耐久端依IEC 60456做200 rpm洗涤50次与1000 rpm涡旋萃取10次，并做14天水浸FTIR/离子色谱浸出与L929细胞ISO 10993-5毒性评估。
研究结果
3.1 表面分析：FTIR在约1200 cm-1出现C-F伸缩、1100 cm-1出现Si-O-Si，确认THFS接枝；XPS测得F 30.52 at%、C 18.68 at%、O 33.14 at%、Si 17.66 at%，F1s 689 eV、C1s 291.64 eV指向氟化碳环境；U-CF水接触角63.7±4.0°且3 s内跌破10°，SRNS-CF维持155.9±1.9°，证明低表面能+分级粗糙度锁定Cassie-Baxter态。
3.2 结构分析：SEM显示SRNS颗粒锚定纤维棱谷，CLSM表明Ra从6.30 μm升至18.59 μm、Rq从7.18 μm升至22.91 μm、Rz从23.16 μm升至93.38 μm；悬臂弯曲柔性变化ΔF仅2.56%（<10%），孔隙面积分数由10.47%微降至10.04%，说明织物柔孔结构保留。
3.3 防污性能：黑曲霉琼脂板3天覆盖度U-CF为85.9±0.7%、SRNS-CF为14.3±0.9%（降83.3%），动态超声后SEM见U-CF残留孢子团、SRNS-CF近洁净；大肠杆菌附着由6.92 log CFU/mL降至3.89 log CFU/mL（降>3 log，抑制>99.9%）。
3.4 生物污染阻断：BSA-CBB体系550 nm吸光度U-CF居中、SRNS-CF仅0.30（阳性对照0.53），显色更浅；全血20 μL静态30 min后U-CF铺展渗入、SRNS-CF呈近球状，血接触角153.0±0.4°，3 mL倾斜滑动角2.79°滚落，残留覆盖率由99.65%降至0.04%。
3.5 泥污抵抗：伊利石泥浆浸干后U-CF附着力2.65 mg/cm2、SRNS-CF仅0.20 mg/cm2，抗黏效率92.5%；10°倾斜3 mL泥浆在SRNS-CF上自清洁滚落。
3.6 洗涤耐久：IEC 60456模拟下，200 rpm洗50次接触角151.7±0.2°，1000 rpm涡旋萃取10次152.0±1.3°，涂层未脱落。
3.7 浸出与安全：14天去离子水浸FTIR在900–1400 cm-1无C-F信号，离子色谱氟离子低于WHO 1.5 ppm限值；ISO 10993-5下L929细胞相对活力达标，无细胞毒性。
讨论与结论翻译
讨论指出，该工作区别于既往多步接枝路线，以单步喷涂实现低表面能化学与微观-纳米分级粗糙的协同，Cassie-Baxter态下固-液实际接触分数fs≈0.13，从界面源头压缩蛋白质调节膜、血细胞冠、孢子锚定与泥粒卡塞的空间；同时避开了抗菌剂浸出与死菌护层问题。涂层质量增益低于棉标准回潮率8.5%，柔性与孔隙未受损，适配围裙、袖套、垫布等农业食品纺织复用场景，并可借减少洗涤频次缓解农村缺水压力。
结论部分原文意译：本研究通过空气喷涂SRNS于棉织物构建分级粗糙与低表面能表面，获155.9±1.9°稳定超疏水；对黑曲霉、大肠杆菌、BSA、全血、泥污均展现广谱抗黏附与自清洁；50次标准洗涤后接触角仍>150°，氟浸出低于检测限，细胞安全合规。该可放大耐久工艺为农业食品纺织生物污染控制提供lab-to-fab路径，有望在供应链全环节降低污染与交叉污染风险。
