MOF复合材料智能口罩：高效灭活SARS-CoV-2病毒的新策略

本文推荐一种基于金属有机框架（MOF）复合材料的新型智能口罩技术，通过原位生长Al-Fumarate与HKUST-1(Cu)纳米颗粒并功能化叶酸（FA），实现了对病毒蛋白的高效结合（10倍于外科口罩）与SARS-CoV-2的显著灭活（30分钟达99%）。该研究为开发主动防护型个人防护装备（PPE）提供了创新方向。

　　

材料设计与制备策略

研究团队选用低毒性金属有机框架（MOF）材料Al-Fumarate（Basolite A520）和HKUST-1(Cu)，通过四步法在棉织物上实现原位生长与功能化：首先采用NaOH预处理棉纤维激活表面，随后浸泡于金属盐前体溶液（NaAlO₂或Cu(NO₃)₂），再与有机配体在80°C下反应4小时完成MOF结晶，最后通过叶酸（FA）溶液处理实现表面修饰。该工艺可放大至176 cm²的口罩尺寸，且MOF颗粒与纤维结合牢固，扫描电镜（SEM）显示HKUST-1(Cu)@Cotton颗粒尺寸为750±160 nm，功能化后增至840±110 nm。

材料表征与性能验证

X射线衍射（PXRD）和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）证实MOF结构完整性及FA成功修饰。氮气吸附测试显示FA@Al-Fumarate比表面积降低15.9%（976→821 m² g^?1），而FA@HKUST-1(Cu)反而增加9%（1365→1489 m² g^?1），归因于原位合成过程中FA的整合效应。热重分析（TGA）表明FA负载量分别为11 wt%（粉末）和10-17.6 wt%（复合材料），透射电镜元素图谱进一步验证氮元素均匀分布，证实FA全覆盖修饰。

蛋白结合性能突破

以牛血清白蛋白（BSA）为模型蛋白的测试中，MOF复合材料表现出卓越结合能力：低浓度BSA（6 μg）时，HKUST-1(Cu)@Cotton结合率近100%，FA功能化材料达85%；高浓度（60 μg）下仍保持81%（FA@Al-Fumarate）和78%（FA@HKUST-1）的结合率，较外科口罩（约7.5%）提升10倍。FA修饰显著增强蛋白捕获能力，单位材料结合量超18 μg BSA mg^?1。

SARS-CoV-2灭活效能评估

通过噬斑试验分析病毒灭活效果：30分钟孵育后，普通棉布可实现94.5%病毒减少（1.26 log），而HKUST-1(Cu)@Cotton和FA@HKUST-1(Cu)@Cotton分别达到99.3%（2.17 log）和98.7%（1.87 log）的灭活率。值得注意的是，FA修饰未带来额外抗病毒效应，主要活性源于MOF本身。电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）检测表明，复合材料释放微量Cu(II)离子（相当于3.8-5.0 wt% MOF溶出），可能与已知铜基材料的抗病毒机制相关。

应用前景与局限性

该技术突破传统口罩机械过滤的局限，通过MOF的多孔吸附、病毒脱水及特异性结合功能，实现主动防护。HKUST-1(Cu)复合材料兼具低毒性（Al/Cu基）、高透气性（22.5 mg cm^?2）与可规模化制备优势，为新一代智能个人防护装备（PPE）开发奠定基础。然而，FA在抗病毒中的直接作用未显着，且Al-Fumarate因颗粒尺寸过小（难以SEM观测）导致载量偏低（仅3.8 wt%），后续需优化合成策略与评估实际气溶胶环境中的性能。