《Polymer International》：Photogenerated fluphenazine radical cations for antiviral functionalization of polypropylene masks
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将光活性分子引入聚合物基底，是在保留宿主材料本征性能的同时赋予其先进功能的极具前景的策略。研究人员开发了一种光驱动策略，利用氟奋乃静（fluphenazine, FP）——一种具有明确光氧化还原活性的吩噻嗪衍生物——对聚丙烯（polypropylene, PP
将光活性分子引入聚合物基底，是在保留宿主材料本征性能的同时赋予其先进功能的极具前景的策略。研究人员开发了一种光驱动策略，利用氟奋乃静（fluphenazine, FP）——一种具有明确光氧化还原活性的吩噻嗪衍生物——对聚丙烯（polypropylene, PP）非织造口罩进行功能化修饰。在水相介质中光照条件下，氟奋乃静发生光诱导转化，实现与聚合物表面的相互作用并在表面稳定存在，形成独特的光活性界面。功能化后的PP材料在模拟生物相关环境测试中表现出显著的响应，表明光诱导产生的物种在聚合物-环境界面发挥了关键作用。结合Rietveld精修的X射线衍射（X-ray diffraction, XRD）结构分析显示，该修饰方法未破坏PP的半结晶形态，晶相组成与晶格参数均得以保留，仅存在细微的纳米尺度变化，提示其为界面效应而非体相结构改变。将该分析拓展至纤维素基纺织品，观察到相似的结构变化趋势，表明吩噻嗪类光活性分子与不同化学性质聚合物基底之间存在普适性相互作用模式。上述结果凸显了光诱导功能化可在维持聚合物结构完整性的同时调控其表面相关性能，为理解光活性聚合物体系中的构效关系提供了新视角，也为设计先进功能性非织造材料提供了通用平台。? 2026 The Author(s). 《Polymer International》由John Wiley & Sons Ltd代表化学工业学会出版。
研究背景
聚丙烯（PP）凭借低密度、耐化学腐蚀及半结晶结构等优势，被广泛应用于一次性防护用品（如口罩过滤层）中。传统聚合物改性常面临体相结构破坏导致力学性能下降的问题，而光诱导功能化为温和调控表面性质提供了新思路。吩噻嗪衍生物可通过I型光诱导电子转移产生稳定的自由基阳离子，前期研究显示其在棉织物和PP非织造材料中具有显著杀病毒活性，但氟奋乃静（FP）在PP非极性半结晶环境中的行为及其对PP晶体结构的影响尚未明确。此外，既往研究未系统评估此类修饰对纤维素和PP基底晶体完整性的影响，而这对维持防护材料的力学与过滤性能至关重要。
研究方法
研究人员采用紫外光照（254 nm）引发FP在水相中产生自由基阳离子，并将其负载于PP口罩及棉织物表面。关键技术包括：利用紫外-可见光谱追踪光化学过程；采用定量聚合酶链反应（qPCR）检测人冠状病毒229E（HCoV-229E）基因组拷贝数变化以评估抗病毒活性；通过X射线衍射（XRD）结合Rietveld精修定量分析修饰前后PP与纤维素的晶格参数、相组成、晶胞体积及表观晶粒尺寸变化，其中PP参照单斜α相模型（WIMTAN与WIMTAN01多晶型），纤维素参照纤维素Iβ（P2?空间群）模型。
研究结果
光化学行为与抗病毒性能
紫外-可见光谱证实FP在水相光照下于530 nm处出现特征吸收，对应FP自由基阳离子（FP•+）的生成。PP口罩经相同处理后呈现相同显色现象，表明FP•+成功吸附并稳定在纤维表面。抗病毒实验显示，FP修饰口罩作用5分钟后，HCoV-229E病毒载量较未处理组降低42倍，显著优于10H-吩噻嗪（PHT）修饰组的8倍降幅，归因于FP分子中的吸电子取代基与叔胺侧链可稳定自由基阳离子，并通过静电作用与π-π堆积增强其与病毒包膜的作用，促进表面氧化损伤。
PP晶体结构稳定性
XRD与Rietveld精修结果表明，无论是否经FP或PHT修饰，PP均以单斜α相为主，WIMTAN01相占比约80%，WIMTAN相占比约20%。修饰后晶格参数（a、b、c轴长度及单斜角β）、晶胞体积（V）及相比例均保持在实验误差范围内无显著变化，证明功能化未诱发多晶型转变或长程有序结构的破坏。仅WIMTAN01相的平均晶粒尺寸（D）出现微小增加（从8.0 nm增至8.2-8.4 nm），提示修饰分子可能在非晶-结晶界面处促进有限晶体生长或释放晶格应变，属于界面效应。
纤维素基材料的结构响应
对棉织物（含Iβ纤维素）的XRD分析显示，FP、PHT及硫黑（SB）修饰后，纤维素仍保持P2?空间群单斜结构，晶格参数与晶胞体积仅有极细微波动。但晶粒尺寸呈现系统性增加趋势：未处理组为4.1 nm，FP修饰组升至4.2 nm，PHT组达4.5 nm，SB组达4.7 nm。该趋势与PP中的观察结果一致，表明芳香族光活性分子对不同化学性质聚合物基底的微结构调控具有普适性，且仅影响纳米尺度结晶域尺寸而不破坏基本晶体结构。
讨论与结论
研究人员证实，FP光诱导功能化是一种在维持聚合物结构完整性的同时赋予PP非织造材料强效杀病毒能力的有效策略。XRD-Rietveld精修明确排除了修饰过程对PP半结晶形态的破坏性影响，仅观测到界面相关的晶粒尺寸微调。该策略在纤维素基材料中的普适性进一步验证了其跨基底适用性。研究填补了FP在PP体系中行为研究的空白，深化了对光活性聚合物复合材料构效关系的理解，为开发兼具结构完整性与增强抗病毒/抗菌性能的下一代功能性非织造材料提供了可扩展的平台技术。该研究发表于《Polymer International》。
