涂有多巴胺和聚吡咯的抗菌导电丝绸织物，同时保持了良好的穿着舒适性

《Journal of Cleaner Production》：Antibacterial and conductive silk fabrics coated with polydopamine and polypyrrole preserving wearability

　　

任学红|黄英祥|肖新通|孔Que|李志光

中国江苏省南通市南通大学纺织与服装学院，邮编226019

摘要

涂有导电材料的丝绸织物可以是柔性可穿戴电子纺织品的理想基底。然而，通过简单方法制备导电和抗菌的可穿戴丝绸织物仍然是一个巨大的挑战。在本文中，通过首先涂覆多巴胺（PDA），然后进行氯化处理，再涂覆聚吡咯（PPy），制备出了导电和抗菌的丝绸织物（SF-PDA-Cl-PPy）。首先用PDA涂层对丝绸织物进行功能化处理以赋予其抗菌性能，随后再涂覆PPy以赋予导电性。此外，PDA层作为保护性界面涂层，减轻了丝绸织物在氯化过程中会遭受的严重机械强度损失。SF-PDA-Cl-PPy织物表现出良好的抗菌性能，能够灭活超过98%的大肠杆菌（Escherichia coli）和金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）。该织物在10 mA/cm2的电流下具有895 mF/cm2的比电容，并且在1000次循环后电容保持率为58.37%。重要的是，SF-PDA-Cl-PPy织物可用于监测手指的运动。这项研究提出了一种制备具有抗菌和导电性能的功能性丝绸织物的简便方法，这可能在柔性可穿戴电子设备领域找到潜在应用。

引言

近年来，电子设备逐渐朝着智能化和便携化的方向发展（Kim等人，2025年；Liang等人，2026年；Pan等人，2024年）。传统的可穿戴电子设备由于其刚性和脆性，无法完全满足实际需求，这引发了人们对柔性电子产品的广泛研究兴趣（Chen等人，2024年；Gu等人，2022年；Qiao等人，2025年；Tang等人，2024年）。在各种候选材料中，织物被认为是有前景的基底材料，除了柔性塑料聚合物基底之外，因为它们具有固有的柔韧性、轻质性和良好的机械性能（Liu等人，2022年；Liu等人，2022年；Zhao等人，2021年）。蚕丝制成的织物因其柔软的质地（Liang等人，2021年；Xing等人，2023年）、可穿戴性（Xing等人，2025年；Yang等人，2019年）、良好的机械性能（Zhang等人，2024年）以及优异的皮肤亲和性（Guidetti等人，2022年；Yang等人，2025年）而被用于制作高质量织物。作为一种天然蛋白质纤维，蚕丝具有生产可穿戴电子纺织品的潜力，并且还具有生物相容性和可持续性的优势，同时是一种容易获得的资源（Ahmed等人，2021年；Somkuwar等人，2025年；Zhu等人，2023年）。此外，蚕丝织物可以为电子设备提供良好的柔韧性和可穿戴性。

聚吡咯（PPy）是一种典型的导电聚合物，具有优异的导电性和生物相容性，已被用于柔性传感器、电容器、电极等领域，与柔性基底结合使用（Meenakshy等人，2025年；Tahir等人，2023年）。PPy已被应用于丝绸上以获得导电材料。Boschi等人（2008年）将PPy涂层应用于不同形式的丝绸基底，如丝片、非织造网、纱线和织物。随着柔性电子产品的技术发展，一些研究探讨了基于丝绸的柔性传感器和电容器。Zheng等人（2022年）通过原位聚合技术制备了由丝素（SF）/单宁酸（TA）/聚吡咯（PPy）（SF/TA@PPy）组成的导电水凝胶。SF/TA@PPy能够快速感知大范围的身体运动，如手指关节、手腕、肘部和膝关节的变化。另一方面，它也能准确快速地响应微小动作（微笑、皱眉、咳嗽等）。Meng等人（2022年）制备了基于自粘、可拉伸和可生物降解丝绸的干电极，用于表皮的生理监测。Yuan等人（2021年）制备了具有高弹性和高韧性的SF-g-PEG气凝胶，能够响应环境湿度和外部应变。Song等人（2021年）制备了一种基于PPy-MWCNTs-丝绸的纤维形状超级电容器，其工作电压可达1.6 V，超高压线性电容器容量为2.3 mF cm?1，输出能量密度为0.8 μ Wh cm?1。

N-羟胺类抗菌剂因其对微生物的广谱活性、低毒性和高杀菌效率而被广泛用于纺织品的抗菌处理。然而，它们在丝绸织物上的应用却很少被报道。Dickerson等人（2012年）开发了一种快速、强效的孢子杀灭和细菌杀灭活性的丝绸织物制备方法。通过将丝绸织物与稀释的漂白剂溶液反应，获得了氯化丝绸织物，其抗菌效果在10分钟内达到了99.999%。多巴胺（3,4-二羟基-L-苯丙氨酸）是一种含有儿茶酚和氨基官能团的生物分子（Liu等人，2022年；Saraf等人，2024年）。它具有良好的生物相容性和成膜性能，容易在基底上形成多巴胺薄膜（Asha等人，2021年；Yu等人，2023年）。Nazi等人（2020年）证明了通过氯化多巴胺薄膜形成的新型抗菌涂层的可能性。与未涂层表面相比，氯化PDA涂层可以将大肠杆菌的附着减少45%，并使细菌的存活率降低99%。Chien等人（2021年）通过简单的漂白处理制备了具有强抗菌性能和良好再氯化性能的氯化PDA涂层。研究了在氯化过程中加入PEI时PDA和PEI涂层的共沉积效应。在10分钟内可以消除超过99.99%的金黄色葡萄球菌和99.9%的大肠杆菌。Akter等人（2018年）将抗菌N-羟胺固定在多巴胺涂层的Fe?O?纳米颗粒上，制备了双功能纳米颗粒，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌表现出显著的抗菌活性。

在本研究中，通过涂覆PDA、简单的氯化处理以及吡咯的原位聚合，成功制备出了抗菌和导电的丝绸织物（SF-PDA-Cl-PPy）。PDA涂层丝绸织物的氯化处理将N-H键转化为N-Cl键，从而赋予了抗菌性能，同时将氯化对丝绸织物强度的损害降至最低。研究了氯化pH值、浓度和时间对SF-PDA-Cl织物强度和氯含量的影响。评估了SF-PDA-Cl-织物对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌活性。通过循环伏安法和恒电流充放电测试测量了SF-PDA-Cl-织物的电化学性能。此外，还监测了手指运动时SF-PDA-Cl-织物的电信号变化。本研究旨在构建具有广泛应用潜力的抗菌导电丝绸织物，特别是在柔性可穿戴电子设备领域。

章节摘录

材料

商业丝绸织物（绉绸，18 m/m，80 ± 0.5 g/m2）购自中国湖州正源丝绸织造有限公司。吡咯（Py）、三（羟甲基）氨基甲烷（C?H??NO?，≥99.8%）和六水合三氯化铁（FeCl?·6H?O，≥98%）购自Aladdin工业公司。盐酸多巴胺（C?H??NO?·HCl，≥98%）、盐酸（HCl，37%）、次氯酸钠溶液（NaClO，6-14%）和乙酸（HAc，≥99%）购自新华药业试剂公司

涂层丝绸织物的表征

图2（a）显示了SF、SF-PDA、SF-PDA-Cl和SF-PDA-PPy织物的ATR-FTIR光谱。未经处理的丝绸织物在1617 cm?1、1514 cm?1和1230 cm?1处的吸收峰分别代表C=O的伸缩振动、N-H键的平面弯曲振动和C-N的伸缩振动。在丝绸织物上涂覆多巴胺后，SF-PDA的红外光谱没有显著变化。氯化处理后，SF-PDA-Cl织物的光谱显示C=O的吸收峰发生了变化

结论

在本研究中，我们首先用PDA涂层丝绸织物，然后进行氯化处理，制备出了抗菌的SF-PDA-Cl织物。研究了pH值、时间和浓度对SF-PDA-Cl织物强度和氯含量的影响，以获得理想的拉伸强度和氯含量。在最佳条件下（pH 5，10分钟，10%），SF-PDA-Cl织物保持了相对良好的拉伸强度，氯含量为0.20%，这已经足够

CRediT作者贡献声明

任学红：撰写——原始草稿，监督，资源获取，概念构思。黄英祥：软件，方法学，研究，数据分析，概念构思。肖新通：验证，方法学，研究。孔Que：可视化，资金获取，数据分析。李志光：撰写——审稿与编辑，监督，数据分析。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。

致谢

本工作得到了中国博士后科学基金会（2023M743127）资助的支持。