近日，浙江大學生物系統工程與食品科學學院傅迎春、應義斌教授團隊（IBE）聯合浙江大學高分子科學與工程學系的合作者在Advanced Science期刊上發表研究論文—Blood-Coagulation-Inspired Dynamic Bridging Strategy for the Fabrication of Multiscale-Assembled Hierarchical Porous Material（圖1）。該研究報道了一種基于生理凝血啟發的動態橋聯策略，實現了常規（亞）毫米級多孔材料和納米多孔材料的普適集成，所制備的分級多孔材料應用于水和飼料中化學有害物的高效吸附效果顯著，有望發展成為農業、食品、環境等領域有害物和信息分子檢測的一類新策略。
圖1 纖維蛋白動態橋聯策略構建多級多孔材料。
多孔材料在能源、環境、化工、農業等諸多領域有重要應用價值。特別地，多孔材料已發展成為農業有害和信息分子的快速、高效富集與檢測平臺。隨著孔尺寸從（亞）毫米到（亞）納米變化，多孔材料的特點、功能和應用場景大不相同。（亞）毫米孔徑的宏觀多孔材料（如海綿、泡沫等，簡稱宏觀材料）機械性能好、傳質快、便于操作，但孔過大既降低體比表面積，又限制了對其內部空間的充分利用；（亞）納米孔徑的微納米材料（如金屬-有機框架（MOFs）、多孔石墨烯等，簡稱納米材料）具有比表面積高、活性位點多等特點，但常見以顆粒/粉末形式存在，限制了其進一步的實際應用。顯然，上述兩類材料優勢互補，將兩者結合于一體構建分級多孔材料有望充分發揮多孔材料的特點，以實現性能最大化。
目前用于構建分級多孔材料的方法主要包括將預先制備的納米材料加工成型，或在宏觀材料內部及表面后修飾納米材料。前者常存在孔結構不規則、納米顆粒團聚等問題，后者對內部空間的利用率仍較低，且納米顆粒負載量有限。此外，現行大多數制備方法步驟多、耗時長，亟需一種簡單、快速的制備方法實現具有更高級分級多孔結構的材料制備。考慮到兩類多孔材料大小、孔的尺寸及形狀不匹配是造成難以集成的主要原因之一，尋找一種具有適中孔徑的中間媒介交聯兩類材料是一種富有前景的解決方法。
生理凝血是自然界最常見、最精妙的生理行為之一，血管壁破裂后，纖維蛋白原被凝血酶剪切形成纖維蛋白網格，同時粘附大量血細胞形成凝血塊填補傷口而止血。不同于常規聚合物，纖維蛋白具有多孔網格結構（孔徑10 nm-10 μm），且對諸多有機、無機材料具有強的負載粘附能力。受此啟發，浙江大學生物系統工程與食品科學學院傅迎春、應義斌教授團隊（IBE）報道了一種基于纖維蛋白的動態橋聯策略集成不同孔徑的多孔材料，實現了多級多孔材料的制備（圖1）。多孔纖維蛋白作為中間組織媒介充分利用宏觀材料的內部空間，一方面粘附并橋聯宏觀材料的框架以縮小孔徑，另一方面通過吸附捕獲與纖維纏繞方式負載納米材料，實現其大量且穩定的負載。得益于獨特的生物聚合原理，該制備方法快速、簡單、條件溫和，且具有普適性，可用于各類具有不同孔結構和尺寸的多孔材料的多元集成。這項工作所構建的三級多孔結構材料，打破了對分級多孔結構的固有認識，實現了高表面積與大量傳質通路的兼容，因而在各種水體有害物吸附模型（靜態吸附、動態過濾）中展現了優異的應用性能。特別的，該材料被證實可用于實際水體樣本中染料分子的快速富集，以及實際復雜飼料樣本中四環素與黃曲霉毒素的同時吸附，在農業、環境、食品檢測等領域展現了良好的應用前景。
圖2多級多孔材料的制備示意圖，結構表征及其與常規分級多孔結構（E和F）對比。
圖3多級多孔材料的表征。
圖4 普適性。該策略可用于多種宏觀材料（如聚氨酯海綿（A1）、鎳泡沫（A2）、石墨烯無紡布（A3））與納米材料（如MOFs（B1、B2、C）、介孔硅（B3）、磁珠（B4）、金納米顆粒（B5））的集成，實現多級多孔材料的個性化定制。
圖5 多級多孔材料的吸附應用性能驗證。
論文第一作者為浙江大學智能生物產業裝備創新團隊（IBE）、高分子科學與工程學系、高分子新物質創制國際研究中心博士后張琳。通訊作者為浙江大學傅迎春教授，浙江省自然科學基金杰出青年項目獲得者，浙江大學應義斌教授領銜的智能生物產業裝備創新團隊（IBE）核心成員，浙江大學-神牧信息畜禽智能養殖裝備聯合研究中心副主任。
該研究得到了浙江省自然科學基金杰出青年項目（LR22C170002）和浙江省博士后科研項目擇優資助（ZJ2022005）的資助及支持。近五年，課題組基于生理凝血、貽貝粘附、生物礦化等生物啟發策略開發了一系列多功能傳感材料與技術，用于了農業有害與信息分子的前處理與一體化傳感，該工作在團隊前期積累和經驗總結的基礎上完成，Biosensors and Bioelectronics, 2022, 114659；2020, 154, 112036；Chemical Engineering Journal, 2022, 430, 132956; 2021, 410, 128268；2020, 385, 123462；Trends in Analytical Chemistry, 2019, 118, 434；Carbon, 2019, 153, 504；ACS Applied Materials & Interfaces, 2019, 11, 47311；Journal of Materials Chemistry A, 2018, 6, 3402。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202204702
