該材料透過獨特的分子設計實現了高效光催化抗菌功能——當受到溫和光照（光強度約 4.71W/m²）激發時，織物複合材料表面可高效產生具有抗菌活性的活性氧物種。
研究結果顯示，在可見光照射下，該材料僅需 1 小時即可對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌實現接近 100% 的殺菌率。與此同時，它還具有良好的生物相容性和可重複使用性。
這一特性使其在醫療防護領域具有重要應用價值。基於其高效的光催化抗菌和潛在抗病毒能力，這種新型織物複合材料可廣泛應用於醫療防護服、醫用口罩等防護裝備的製造，亦可作為智慧傷口敷料使用。
該研究為解決日益嚴峻的細菌耐藥性問題提供了創新性的材料解決方案，其光響應特性為開發環境友好型抗菌材料開闢了新途徑。
圖丨織物複合材料的設計示意圖，具有多功能應用前景（來源：PNAS）
近日，相關論文以《基於四噻吩乙烯的多孔框架複合材料用於增強光催化抗菌活性》（Tetrathienylethene-based porous framework composites for boosting photocatalytic antibacterial activity）為題發表在 PNAS[1] 上。
傳統抗菌技術依賴化學消毒劑或抗生素，但易引發耐藥性問題，且存在環境汙染等侷限性。相比之下，光催化抗菌技術透過光照啟用材料產生活性氧殺滅細菌，具有高效、可持續等顯著優勢。
然而，現有光催化材料普遍面臨可見光利用率低、穩定性差以及生物相容性不足等一系列挑戰。
該研究結合了浙江大學化學系和香港理工大學時裝及紡織學院各自的專業優勢展開。研究人員選擇金屬有機框架（MOF，Metal-organic frameworks）作為突破口，這類材料因其結構多樣性和功能可調性，最近逐漸發展為光催化應用的理想平臺。
陳志傑課題組首先基於 TTE 開發出多孔框架材料 Zr-TSS-1，在此基礎上，馬凱凱課題組將其組裝到細菌纖維素（BC，bacterial cellulose）基底上，構築了穩定的複合材料 Zr-TSS-1@BC。
圖丨陳志傑（左）與馬凱凱（右）（來源：課題組）
透過原位生長法，Zr-TSS-1 微晶均勻分佈在 BC 的三維微結構中，形成了兼具良好柔韌性和力學效能的複合材料，並具有便攜的可穿戴性。
這種材料的設計靈感來源於一些前期調研 [2]，研究人員透過將光敏性的 TTE 單元引入金屬有機框架中，實現了對可見光的高效吸收和自由載流子的快速生成。
經過創新性的分子層面設計，這種創新的材料擁有了一種特定的功能——在可見光下能夠高效觸發，並釋放出更多的殺菌活性物質，相當於擁有一個具有保護功能的“金鐘罩”。
具體來說，該材料的可見光吸收範圍擴充套件至 500nm，光電流密度比傳統全碳環 MOF 高 3 至 4 倍，且能快速生成超氧自由基和單線態氧，從而高效破壞細菌細胞膜。
圖丨 Zr-TSS-1 的結構示意圖（來源：PNAS）
與傳統的需要紫外線照射的材料相比，這種新型材料僅需普通可見光即可發揮它的功能，在公共環境條件下表現出更高的穩定性和高活性，並且它的質量損失很小。
此外，這種新型材料還顯示出良好的生物相容性，其對人類皮膚成纖維細胞和 NIH 3T3 成纖維細胞的細胞毒性極低，細胞形態在接觸複合材料後未受到明顯損傷，這為其在生物醫學和保健應用中的應用創造了可能性。
可重複使用性方面，該複合材料在連續五次迴圈使用後仍保持穩定的抗菌效能，顯示出優異的耐用性。
馬凱凱指出，這種效能的突破源於材料設計的雙重協同，即 TTE 單元增強了光捕獲能力，而多孔 BC 基底則優化了 MOF 分散性和細菌接觸效率。
圖丨 Zr-TSS-1 與其他穩定的 MOF 相關材料的光催化抗菌效能比較（來源：PNAS）
研究人員不僅在實驗室中驗證了材料的抗菌效能，還透過一系列實驗展示了其在實際防護裝備中的應用潛力。例如，這種材料可以作為口罩的填充物或防護服元件，為人們提供更安全、更有效的防護。
與其他工作中使用紫外線燈或更高功率來實現高效能殺菌相比，該研究中所使用的是相對溫和的日光燈管。實驗結果顯示，該材料在 1 小時內即可實現接近 100% 的殺菌率，遠超國際標準 AATCC100：2019 紡織材料抗菌塗層試驗方法所規定的 18-24 小時殺菌效果。
馬思指出，“這一成果不僅展示了 MOF 材料的高效性，還為未來的防護裝備設計提供了新的思路。”
馬凱凱教授正在招收 2026 年春多孔材料博士生兩名，研究方向為功能性多孔結晶材料及其複合物對人類健康和環境可持續領域。有意者請檢視導師個人主頁（https://research.polyu.edu.hk/en/persons/kaikai-ma），並透過郵件聯絡。
參考資料：
1.Ma,S. et al. Tetrathienylethene-based porous framework composites for boosting photocatalytic antibacterial activity. PNAS(2025). https://doi.org/10.1073/pnas.2423052122
2. Ma,S. et al.Stable MOFs and composites for photocatalytic antibacterial applications. Trends Chem.(2024) https://doi.org/10.1016/j.trechm.2024.10.004.
運營/排版：何晨龍