Janus膜是一种具有不对称结构或组成的膜材料，其两面表现出完全不同的润湿性。这种独特的性质使得Janus膜在定向流体运输、传感器、油水分离等领域具有广泛的应用潜力。随着纳米技术的发展，静电纺丝技术成为制备Janus膜的重要方法。静电纺丝技术能够高效地制备纳米纤维，通过控制纤维的尺寸、形状和掺杂特性，可以实现膜材料的高渗透性和功能性。聚偏氟乙烯（PVDF）因其强疏水性，常被用作Janus膜的疏水层；而聚丙烯腈（PAN）因其强亲水性，常被用作Janus膜的亲水层。此外，为了赋予膜材料抗菌性能，研究中常添加N-卤胺类抗菌剂。这类化合物通过释放氧化卤素正离子，能够有效破坏细菌蛋白质，从而实现广谱抗菌效果。
江南大学纺织科学与工程学院栗志广团队在《Fibers and Polymers》期刊发表了题为“Composite Fiber Membrane with Janus Structure via Electrospinning Technique and its Separation and Antibacterial Properties”的最新研究成果。该团队通过静电纺丝技术成功制备了具有Janus结构的PVDF@MC/PAN@MC复合纤维膜。这一成果为Janus膜在分离和抗菌领域的应用提供了新的思路和方法，为高性能分离膜的开发提供了重要参考。
团队首先将聚偏氟乙烯（PVDF）与N-卤胺抗菌剂MC混合，使用DMF和丙酮作为混合溶剂，通过静电纺丝制备了疏水层（PVDF@MC纤维膜）。接着，将聚丙烯腈（PAN）与N-卤胺抗菌剂MC混合，使用DMF作为溶剂，通过静电纺丝制备了亲水层（PAN@MC纤维膜）。最后，通过连续静电纺丝将两层纤维膜结合，形成了具有Janus结构的复合纤维膜。该膜的顶层为疏水且水下亲油，底层为亲水且水下疏油。（见图1、2）
与PVDF纤维膜相比，顶层的水接触角从130.0°增加到132.6°。当油滴接触浸入去离子水中的PVDF@MC/PAN@MC复合纤维膜顶层表面时，油滴迅速扩散。与PAN纤维膜相比，PVDF@MC/PAN@MC复合纤维膜底层的水下油接触角从124.6°增加到143.0°。（见图3）
通过纯水通量实验，研究团队测量了不同纤维膜的水通量。实验结果表明，PVDF纤维膜的纯水通量为62 L•m⁻²•h⁻¹，PAN纤维膜的纯水通量为1110 L•m⁻²•h⁻¹，而PVDF@MC/PAN@MC复合纤维膜的纯水通量为91 L•m⁻²•h⁻¹。这表明复合纤维膜的纯水通量介于PVDF和PAN纤维膜之间。（见图4）
通过泥浆、甲苯乳液、CuSO4溶液和MB溶液的分离实验，研究团队验证了复合纤维膜的分离性能。实验结果显示，PVDF@MC/PAN@MC复合纤维膜对泥浆的分离效率为98.58%，对甲苯乳液的分离效率为30.58%，对CuSO4和MB溶液的分离效率分别为35.85%和60.78%（见图5）。这些结果表明，复合纤维膜的分离效率高于PVDF和PAN纤维膜，而分离通量则介于两者之间，反映了其双层结构对分离性能的综合影响。
与PVDF纤维膜和PAN纤维膜相比，PVDF@MC/PAN@MC复合纤维膜的抗菌性能显著提高。然而，由于N-卤胺抗菌剂MC的含量较少，无法在短时间内实现快速杀菌。顶层和底层在接触金黄色葡萄球菌和大肠杆菌30分钟后才能完全杀死细菌（见图6）。
图6 纤维膜对金黄色葡萄球菌（S. aureus）（A）和大肠杆菌（E. coli）（B）的抗菌性能，以及纤维膜对金黄色葡萄球菌（C）和大肠杆菌（D）的细菌减少率（金黄色葡萄球菌的接种量为6.80 × 10^6 CFU/片；大肠杆菌的接种量为6.32 × 10^6 CFU/片）。S1. 金黄色葡萄球菌接触PVDF纤维膜30分钟；S2. 金黄色葡萄球菌接触PAN纤维膜30分钟；S3. 金黄色葡萄球菌接触PVDF@MC/PAN@MC复合纤维膜顶层1、5、10和30分钟；S4. 金黄色葡萄球菌接触PVDF@MC/PAN@MC复合纤维膜底层1、5、10和30分钟；E1. 大肠杆菌接触PVDF纤维膜30分钟；E2. 大肠杆菌接触PAN纤维膜30分钟；E3. 大肠杆菌接触PVDF@MC/PAN@MC复合纤维膜顶层1、5、10和30分钟；E4. 大肠杆菌接触PVDF@MC/PAN@MC复合纤维膜底层1、5、10和30分钟。a PVDF纤维膜；b PAN纤维膜；c PVDF@MC/PAN@MC复合纤维膜的顶层；d PVDF@MC/PAN@MC复合纤维膜的底层
该研究通过静电纺丝技术成功制备了具有Janus结构的PVDF@MC/PAN@MC复合纤维膜，为高性能分离膜的开发提供了新的思路。该膜不仅在分离性能上表现出色，对泥浆、油水乳液、金属离子和有机染料均展现出高效的分离效率，并具备抗菌性能。这一成果推动了Janus膜在分离和抗菌领域的应用，还为开发多功能复合纤维膜提供了重要的理论和实验依据。
文章来源：https://doi.org/10.1007/s12221-025-00862-y（江南大学栗志广团队《Fibers and Polymers》）
