Science：类似于丝瓜海绵的聚合物可以过滤病毒，同时对pH值的变化有反应

来源：100医药网 2025-07-22 15:50

Itoh及其团队创建的聚合物网络可作为过滤材料，因其网络密度足以让液体通过但阻挡包括细菌和病毒（同时杀死它们）在内的物体。

多孔材料因其可作为过滤器或相较于固体物质使用更少材料的轻质结构材料而具有广泛应用。在一项新的研究中，来自东京大学等研究机构的研究人员开发了一种新型材料，其精细程度足以过滤病毒等微小颗粒，同时又足够坚固可作为设备的刚性结构材料。相关研究成果发表于《科学》杂志。

这种材料的独特之处在于，它在潮湿时可以弯曲，并且对pH值的变化有反应。再加上它可以涂覆在其他物质上，这使得一种新的功能性和安全材料成为可能，这种材料在制造过程中使用了极少的原材料，从而带来了更可持续的制造可能性。

你可能在某个时候见过丝瓜海绵（loofah sponge），那些粗糙、坚韧、网状的物品挂在人们的浴室里。考虑到它们坚硬、纤维状的性质，你可能会以为它们是由某种塑料或合成材料制成的。

但令人惊讶的是，不起眼的丝瓜海绵实际上是某种称为埃及黄瓜的瓜类植物的干燥骨架。然而，正是这些干燥的果皮具有独特的实用性：干燥时坚韧，湿润时柔软，且干燥迅速，从而有助于防止霉菌滋生。这些特性在制造用于不同目的的材料时具有实用价值，例如在设备制造中。

论文共同第一作者、东京大学化学与生物技术系副教授Yoshimitsu Itoh说道， 我们开发了一种轻便且机械性能强韧的多孔聚合物，其纤维网络结构与天然丝瓜海绵相似。尽管我们最初并未刻意追求这种外观，但这一结果令人欣喜。此类所谓的聚合物材料在自然界中已存在，但我们希望通过合成方式创造出可控性能的材料，从而赋予其多种实用功能。

Itoh及其团队创建的聚合物网络可作为过滤材料，因其网络密度足以让液体通过但阻挡包括细菌和病毒（同时杀死它们）在内的物体。这具有重要意义，因为目前此类过滤材料常采用不可持续的材料制成，而这种合成丝瓜海绵则由类似木质素（lignin）的物质制成，其中木质素是木材的基本成分。尽管该团队尚未研究这种材料的安全性，但其对人体接触是安全的。

Itoh说道， 轻质聚合物的缺点是机械强度较弱 它们通常非常柔软。但是我们的材料密度仅为每立方厘米半克，却具有11吉帕的刚度 作为参考，这可能是普通聚合物强度的四倍。这意味着它可能用于制造强度至关重要的设备，无需依赖密度更高、更重且不环保的材料。

但这种材料的功能性仍有提升空间，该团队正通过在惰性气氛中烘烤膜层，制备薄型多孔碳膜。这将为工程师提供更高效、结构特性更优的材料，用于制造纳米级功能性电子元件，如微型电容器。

另一种可能性是这种聚合物具有某些动态特性，即由于其他物质的存在而随时间变化的特性。在这项研究中，pH值、酸度或碱度的某些变化可以使这种聚合物变得更硬或更软，本质上允许材料的一部分变得更多孔或更少孔。

Itoh说道， 从理论上讲，我们创建的这种材料可以有许多用途，尽管在考虑任何形式的工业集成之前，我们还有许多步骤要走。但它的生产非常便宜且容易进行，只需使用纯水施加电压，以及脱质子化的间苯二酚（resorcinol）和醛的混合物，这些物质会自发结合，在电子显微镜下形成一种类似丝瓜海绵的超薄膜。

这种膜的一个重大优势在于无需后续处理。通常，薄膜是通过先合成块状聚合物再加工成膜制备出来的。我们的方法可直接将这种产品制成薄膜形态，且原则上适用于卷对卷加工。这对生产而言是个重大优势。 （100yiyao.com）

参考文献：

Yoshimitsu Itoh et al, , Science (2025). DOI: 10.1126/science.adq0782.

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