合肥工業大學化學與化工學院王華林教授團隊在Journal of Agricultural and Food Chemistry上線上發表了文章《Antibacterial Activity of Polyvinyl Alcohol/WO3 Films Assisted by Near-Infrared Light and Its Application in Freshness Monitoring》，該研究將WO3奈米棒在NIR輔助下的協同抗菌活性和對H2S的比色響應特性相結合，為活性智慧包裝的設計提供了新的想法。該文於Journal of Agricultural and Food Chemistry 2021年1月15日線上發表。王華林教授為本文通訊作者。
研究亮點
* 水熱法制備WO3奈米棒，其對HT-29細胞表現出較低的細胞毒性；
* WO3與PVA複合製備出一種具有光熱抗菌活性和新鮮度監測能力的新型複合膜；
* WO3奈米棒可以顯著提高薄膜的力學效能和阻隔效能；
* NIR808輻照下，物理損傷、氧化應激和溫度升高的協同效應顯著提高了(WO3/PVA)4的抗菌活性；
* (WO3/PVA)4膜對H2S具有顏色響應，可應用於豬肉新鮮度的監測。
Introduction
抗菌包裝作為活性包裝的代表，可以透過將抗菌劑融入聚合物基質中達到抑制腐敗和病原微生物的生長的效果。另一方面，食品的變質總是會釋放出含硫或含氮的物質，這些物質很容易透過比色反應檢測出來，透過視覺色彩變化實時監測食品的新鮮度，比色指示劑通常被認為是一種方便的智慧包裝材料。因此，開發具有抗菌活性和比色法監測新鮮度的多功能薄膜越來越受到人們的關注。與有機抗菌劑相比，無機抗菌劑在各種條件下具有更好的穩定性和更長的保質期。許多奈米粉末，如ZnO、MgO和CaO，由於它們的低成本和低毒性，被認為是商業殺菌劑。WO3是一種n型半導體，在近紅外（NIR）區域有較強的光吸收，能夠進行光熱轉化，並表現出協同抗菌活性。因此，合肥工業大學化學與化工學院王華林教授團隊採用NIR808與WO3奈米棒產生協同抗菌活性。WO3奈米晶薄膜已經被用於氣敏應用，包括H2S、CO和NO2，由於WO3的氧化特性，它可以很容易地與H2S反應，這使得WO3在肉類新鮮度監測應用中具有比色反應。此外，WO3無毒，可以安全地用作食品包裝材料。在此，PVA被作為一種薄膜基質，與WO3奈米棒結合，開發一種具有光熱抗菌活性和新鮮度監測能力的新型複合薄膜。除了對薄膜的形貌和結構進行表徵外，還對薄膜的熱力學效能、機械效能和阻隔效能進行了研究。研究了近紅外輻射輔助下的抑菌活性及其在豬肉新鮮度監測中的應用。該方法將WO3奈米棒在NIR輔助下的協同抗菌活性和對H2S的比色響應特性相結合，為活性智慧包裝的設計提供了新的想法。
Results and Discussion
水熱合成的WO3為均勻棒狀，直徑為20~80 nm，長度為幾微米。WO3的細胞毒性較低，即使在高濃度(50 μg/mL)下，細胞活性也超過90%。相比純PVA薄膜，(WO3/PVA)2-4複合膜的TS和YM大幅上升。這是由於分散良好的WO3奈米棒誘導聚合物基體的增強和WO3與PVA基體間氫鍵作用導致的。與純PVA膜相比，(WO3/PVA)2-4複合膜的OP和WVP明顯下降。這是因為氫鍵限制了分子的擴散，同時，WO3奈米棒延長了氣體分子的擴散路徑。NIR808輻照下，物理損傷、氧化應激和溫度升高的協同效應顯著提高(WO3/PVA)4的抗菌活性，E. coli的抗菌效率~90%和St. aureus的抗菌效率>90%。(WO3/PVA)4暴露H2S 30分鐘後，膜的顏色發生了肉眼可見的變化，由灰白色變為藍黑色。這是由於當H2S與WO3相遇時，兩者之間發生氧化還原反應，生成黑色W2S。與此同時，質子和電子被注入晶格，形成藍色的鎢青銅(HxWO3)。(WO3/PVA)4以作為豬肉新鮮度的監測，36 h，比色膜的顏色從灰白色變化到藍黑色，對應的TVB-N為25.40 mg/100g (H2S濃度為0.10 mg/L)。
作者簡介
王華林 教授
王華林，博士、合肥工業大學教授，博士生導師。主要研究方向涉及功能高分子及其複合材料，農產品加工與貯藏領域，注重分子的表介面行為與構效關係，在食品活性包裝和農副產物的綜合利用等方面得了系列重要研究成果。主持國家自然科學基金、科技部中小企業創新基金，安徽省重大科技專項等研究專案。近年來，在J. Agric. Food Chem.、Food Hydrocolloid.、Carbohyd. Polym.、Food Chem.等重要學術期刊發表學術研究論文50餘篇。
王倩 碩士研究生
王倩，女，合肥工業大學化學與化工學院2018屆碩士研究生，研究方向為無機奈米粒子/生物質基聚合物複合抗菌食品包裝膜。在校期間，表現優異，多次獲得學校獎學金。