近日，浙江大学生物系统工程与食品科学学院傅迎春、应义斌教授团队（IBE）联合浙江大学高分子科学与工程学系的合作者在Advanced Science期刊上发表研究论文—Blood-Coagulation-Inspired Dynamic Bridging Strategy for the Fabrication of Multiscale-Assembled Hierarchical Porous Material（图1）。该研究报道了一种基于生理凝血启发的动态桥联策略，实现了常规（亚）毫米级多孔材料和纳米多孔材料的普适集成，所制备的分级多孔材料应用于水和饲料中化学有害物的高效吸附效果显著，有望发展成为农业、食品、环境等领域有害物和信息分子检测的一类新策略。
图1 纤维蛋白动态桥联策略构建多级多孔材料。
多孔材料在能源、环境、化工、农业等诸多领域有重要应用价值。特别地，多孔材料已发展成为农业有害和信息分子的快速、高效富集与检测平台。随着孔尺寸从（亚）毫米到（亚）纳米变化，多孔材料的特点、功能和应用场景大不相同。（亚）毫米孔径的宏观多孔材料（如海绵、泡沫等，简称宏观材料）机械性能好、传质快、便于操作，但孔过大既降低体比表面积，又限制了对其内部空间的充分利用；（亚）纳米孔径的微纳米材料（如金属-有机框架（MOFs）、多孔石墨烯等，简称纳米材料）具有比表面积高、活性位点多等特点，但常见以颗粒/粉末形式存在，限制了其进一步的实际应用。显然，上述两类材料优势互补，将两者结合于一体构建分级多孔材料有望充分发挥多孔材料的特点，以实现性能最大化。
目前用于构建分级多孔材料的方法主要包括将预先制备的纳米材料加工成型，或在宏观材料内部及表面后修饰纳米材料。前者常存在孔结构不规则、纳米颗粒团聚等问题，后者对内部空间的利用率仍较低，且纳米颗粒负载量有限。此外，现行大多数制备方法步骤多、耗时长，亟需一种简单、快速的制备方法实现具有更高级分级多孔结构的材料制备。考虑到两类多孔材料大小、孔的尺寸及形状不匹配是造成难以集成的主要原因之一，寻找一种具有适中孔径的中间媒介交联两类材料是一种富有前景的解决方法。
生理凝血是自然界最常见、最精妙的生理行为之一，血管壁破裂后，纤维蛋白原被凝血酶剪切形成纤维蛋白网格，同时粘附大量血细胞形成凝血块填补伤口而止血。不同于常规聚合物，纤维蛋白具有多孔网格结构（孔径10 nm-10 μm），且对诸多有机、无机材料具有强的负载粘附能力。受此启发，浙江大学生物系统工程与食品科学学院傅迎春、应义斌教授团队（IBE）报道了一种基于纤维蛋白的动态桥联策略集成不同孔径的多孔材料，实现了多级多孔材料的制备（图1）。多孔纤维蛋白作为中间组织媒介充分利用宏观材料的内部空间，一方面粘附并桥联宏观材料的框架以缩小孔径，另一方面通过吸附捕获与纤维缠绕方式负载纳米材料，实现其大量且稳定的负载。得益于独特的生物聚合原理，该制备方法快速、简单、条件温和，且具有普适性，可用于各类具有不同孔结构和尺寸的多孔材料的多元集成。这项工作所构建的三级多孔结构材料，打破了对分级多孔结构的固有认识，实现了高表面积与大量传质通路的兼容，因而在各种水体有害物吸附模型（静态吸附、动态过滤）中展现了优异的应用性能。特别的，该材料被证实可用于实际水体样本中染料分子的快速富集，以及实际复杂饲料样本中四环素与黄曲霉毒素的同时吸附，在农业、环境、食品检测等领域展现了良好的应用前景。
图2多级多孔材料的制备示意图，结构表征及其与常规分级多孔结构（E和F）对比。
图3多级多孔材料的表征。
图4 普适性。该策略可用于多种宏观材料（如聚氨酯海绵（A1）、镍泡沫（A2）、石墨烯无纺布（A3））与纳米材料（如MOFs（B1、B2、C）、介孔硅（B3）、磁珠（B4）、金纳米颗粒（B5））的集成，实现多级多孔材料的个性化定制。
图5 多级多孔材料的吸附应用性能验证。
论文第一作者为浙江大学智能生物产业装备创新团队（IBE）、高分子科学与工程学系、高分子新物质创制国际研究中心博士后张琳。通讯作者为浙江大学傅迎春教授，浙江省自然科学基金杰出青年项目获得者，浙江大学应义斌教授领衔的智能生物产业装备创新团队（IBE）核心成员，浙江大学-神牧信息畜禽智能养殖装备联合研究中心副主任。
该研究得到了浙江省自然科学基金杰出青年项目（LR22C170002）和浙江省博士后科研项目择优资助（ZJ2022005）的资助及支持。近五年，课题组基于生理凝血、贻贝粘附、生物矿化等生物启发策略开发了一系列多功能传感材料与技术，用于了农业有害与信息分子的前处理与一体化传感，该工作在团队前期积累和经验总结的基础上完成，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。
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202204702
