食物变质、酒变酸和伤口恶化有一个共同的罪魁祸首——这个过程被称为氧化。虽然这些化学反应的不良影响可以通过抗氧化剂来减少，但创造一个能够提供长期抗氧化活性的坚固平台是一个持续的挑战。
德克萨斯 A&M 大学的研究人员可能已经用他们的新抗氧化垫解决了这个问题。研究人员表示，这些垫子由超细聚合物链和红酒中发现的抗氧化剂交织而成的网络制成，坚固、稳定且能够提供抗氧化活性长时间。
“我们的创新在于我们对纺出无缺陷超微细纤维所需的步骤进行了微调以制造高性能抗氧化垫，”工程学院 Svetlana Sukhishvili 教授实验室的研究生 Adwait Gaikwad 说。该研究的主要作者。“每根纤维都通过分子间连接到几个抗氧化剂分子，因此由数以百万计的此类纤维制成的最终垫子具有增强的抗氧化功能。”
他们的研究描述发表在ACS Applied Materials & Interfaces杂志二月号上。
虽然氧化是一种常见的自然现象，但如果不加以控制，这种化学反应可能是有害的。例如，在酒精饮料中，过多的氧化会导致酒精形成乙醛，从而改变饮料的味道、颜色和香气。在体内，氧化应激会导致自由基积聚，从而损害健康细胞和身体组织。
然而，氧化反应可以通过抗氧化剂的作用得到控制。这些化合物很容易与环境氧结合或提供电子以中和带电自由基。在众多抗氧化剂中，在红酒中发现的一种叫做单宁酸的分子特别有吸引力，因为它也具有抗菌和抗病毒作用。研究人员表示，这些非凡的特性是由于单宁酸分子结构中存在称为多酚的原子团。
用于制造抗氧化垫的纳米纤维的放大视图。图片来源：德克萨斯农工大学工程学院
“多酚是天然有机化合物，也以其抗氧化特性而闻名，”同样是 Sukhishvili 实验室的研究生、该研究的主要作者 Hanna Hlushko 说。“事实证明，单宁酸富含这些多酚基序，这使其成为许多分子的有效结合伙伴和自由基的重要清除剂。”
在过去的研究中，抗氧化剂被混合到合成垫中。简而言之，在这种技术中，首先将聚合物和抗氧化剂混合在一起，然后将它们压平成薄片来制成垫子。但研究人员表示，这些垫子的功能性较低，因为抗氧化活性的表面积有限。
因此，为了增加抗氧化活性的表面积，他们创造了一种由聚合物和单宁酸的超细纤维制成的抗氧化网。因此，这种网状垫子的每一股都有助于抗氧化活性。此外，与早期的混合技术不同，他们选择了一种聚合物，它可以通过形成氢键来保持单宁酸分子，从而增加最终垫子的整体强度。
为了制造这些纤维，研究人员在注射器中填充了单宁酸、一种称为聚乙烯吡咯烷酮的聚合物和溶剂的组合。然后，当他们将混合的聚合物-抗氧化剂溶液从注射器中挤出时，他们在注射器尖端和距离不远的转鼓收集器之间施加了 16 千伏的电压。当聚合物从注射器移动到收集鼓时，这种极高的电压将聚合物拉成纳米纤维。在纺纱过程结束时，他们有一个交织的纳米纤维垫。
当研究人员在高功率电子显微镜下检查这些垫子时，他们发现纳米纤维没有任何可能损害垫子机械性能的缺陷。此外，他们还表明，这些垫子在水的 pH 值下是稳定的，并且可以通过持续释放单宁酸约 20 天来提供持续的抗氧化活性。
他们还指出，聚乙烯吡咯烷酮和单宁酸之间的氢键使它们的垫子的强度比单独由聚乙烯吡咯烷酮纤维纺成的垫子高出 10 倍。因此，纳米纤维设计使垫子具有机械强度，同时赋予它们布状的柔韧性以包裹物体。
“我们创造了具有高表面积、强大机械性能和提供长期抗氧化保护能力的抗氧化垫，”Gaikwad 说。“此外，单宁酸的释放是按需释放的——氢键将抗氧化剂保持在材料中，直到有外部刺激，如 pH 值。这些特性使我们的垫子适用于各种应用，从伤口愈合绷带到内部食品储存容器的内衬。”