生物污染是影响聚合物膜高分离性能和长期稳定性的重要障碍之一，设计抗菌阴离子交换膜（AEM）在生物医药领域具有重要的研究意义和应用潜力。实现该技术的关键是设计界面抗菌功能层抑制生物污染。

鉴于此，化学工程学院沈江南教授团队提出，借助贻贝启发L-dopa的连接特性，通过钴纳米颗粒（Co NPs）与氯胺化合物的协同作用，在商用AEM表面设计功能层以抑制生物污染。以常见的革兰氏阴性菌（大肠杆菌）和革兰氏阳性菌（金黄色葡萄球菌和芽孢杆菌）为模型生物污损生物，对膜的抗生物性能进行了定性和定量分析。改性后的AEM在经多次电渗析实验，对NaCl溶液分离性能表现出很高的稳定性。同时，利用大肠杆菌的脂多糖（LPS）从原子层面揭示了抗粘连的机理，并进行了分子动力学（MD）模拟，测量了相互作用、吸附能和平均负载量。鉴于抗菌表面的优越性能，相信这项工作能为指定具有抗生物污染能力的膜材料提供有价值的参考。

改性前后AEM的抗菌性能测试

本文采用ASTM E2149和荧光显微镜法对改性前后AEMs的抗菌性能进行测试，改性后的Fuji-L-CoS-Na-Cl膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均有较高的抑菌性能，抑菌率均达到99%。采用激光共聚焦显微镜法对原膜Fuji和Fuji-L-CoS-Na-Cl定性分析生物膜累积，3D图像显示原膜活菌数量大于死菌数量，且生物膜厚度增加。由于膜表面的界面自由能的增加细菌难以吸附的基础上，N-Cl键的氧化和Co NPs的接触增强了抗生物膜的形成性能。

采用大肠杆菌的LPS及其片段和改性界面层进行了分子动力学模拟，测量了相互作用、吸附能和平均负载量。Fuji-L和LPS具有范德华力并与形成强氢键，但改性膜由于静电排斥作用，氢键较弱（> 2.5 Å）。该工作可为新型抗生物污染材料的功能界面层设计提供有价值的参考。

改性前后AEM的抗生物膜性能测试

改性前后AEM的生物膜生长周期和长期稳定性

LPS片段和改性界面层的模拟

相关研究成果以“Rechargeable Multifunctional Anti-Bacterial AEMs for Electrodialysis: Improving Anti-Biological Performance via Synergistic Antibacterial Mechanism”为题发表于期刊《先进科学》（Advanced science），论文第一作者为浙江工业大学化工学院2022级博士研究生姚宇洋，通讯作者为化工学院沈江南教授和沈振陆教授。研究得到了国家自然科学基金的资助。

表面改性设计可充电多功能抗菌AEMs示意图

浙工大化工学院