基于靜電紡絲技術構筑的海綿狀多孔材料具有孔隙率高、質輕以及多功能性等優點。隨著近年來短纖維技術及聚合物功能材料制備技術的不斷進步，使得電紡海綿材料作為一種新型開孔三維材料得到廣泛的應用關注。其中，聚酰亞胺（PI）基電紡海綿多孔材料基于其優異的機械性能和熱穩定性能成為該領域的研究熱點。但是，以往的PI電紡技術多以1,4-二氧六環等非水溶劑為媒介，溶劑毒性造成不可避免的環境污染和人體健康危害。另一方面，采用傳統有機溶劑靜電紡絲技術制備的PI多孔電紡材料表面多呈疏水特性，極大地限制了其應用領域的拓展。

近日，德國拜羅伊特大學Andreas Greiner和韓國科學技術學院（KAIST）Il-Doo Kim研究團隊合作，以含十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）表面活性劑的水溶液為溶劑體系，突破性的實現了表面具有親水特性PI電紡海綿多孔材料（sPI）的制備。基于SDBS助劑添加，所制備多孔PI材料表面呈現可調控的親水特性，多孔PI在水溶液中具有優異的尺寸穩定性，吸水能力達5000%。該研究成果在親水性電紡海綿材料制備方面具有里程碑意義，在生物組織工程、油水分離等領域具有廣闊的技術應用前景。

PI電紡海綿制備過程及表面性能展示。圖片來源：ACS Appl. Mater. Interfaces

通過高剪切混合將長PI纖維裁剪成短纖維，添加少量（e.g., 1 wt %）SDBS表面活性劑為分散助劑后，其能夠在水溶液中實現穩定分散。進一步加入聚酰胺酸溶液后，混合溶液也呈現較好的相容性；其中聚酰胺酸在此后電紡制備sPI海綿材料過程中起到粘結劑的作用、引入SDBS表面活性劑后sPI亞胺化固化溫度提高至280 ℃，這兩個方面因素是保證PI海綿材料優異機械性能的關鍵。

sPI海綿材料表面親疏性及吸收性能調控。圖片來源：ACS Appl. Mater. Interfaces

區別于傳統的靜電紡絲技術，加入SDBS為助劑后所制備sPI海綿材料表面呈現明顯的親水特性（水滴完全潤濕所需時間＜100 ms）。同時，系統研究表明通過調控SDBS表面活性劑添加濃度以及溶液中PI短纖維含量能夠對sPI海綿材料親水性（水接觸角）和吸水能力進行調控。其中，研究表明2.0 wt%含量SDBS的加入足以保證所制備PI材料表面呈現親水性。

sPI海綿材料機械性能測試。圖片來源：ACS Appl. Mater. Interfaces

同時，雖然傳統PI材質具有固有的疏水性，該研究中所制備sPI海綿材料呈現卓越的吸水能力以及循環測試性能穩定性；當SDBS含量為PI纖維質量10 wt%時，sPI海綿材料（SDBS(10%)-sPI）初始吸水率達到5000 wt %（佳）。此外，循環壓縮性能測試表明sPI海綿材料體系展現出優異的機械性能和多孔尺寸穩定性。 聚丙烯腈多孔海綿的制備應用拓展。圖片來源：ACS Appl. Mater. Interfaces

為展示該靜電紡絲技術的普適性，研究人員進一步采用SDBS輔助制備了聚丙烯腈（PAN）海綿材料。添加10 wt % SDBS，所制備PAN多孔材料密度為5.7 mg cm-3、材料表面呈強親水性且具有卓越的壓縮循環測試（100余次）性能穩定性。此外，基于sPI海綿材料表面的親水特性，多孔材料可作為菌膜基底用于不同功能生物膜的培育，在生物燃料電池等領域的具有重要的潛在應用。

sPI海綿材料細菌培養應用。圖片來源：ACS Appl. Mater. Interfaces

總結

表面活性劑作為一種典型的兩親性大分子化合物，廣泛的應用于工業生產和日常生活中。該研究創造性的以微量傳統SDBS為溶液助劑，實現了聚酰亞胺等聚合物材料體系靜電紡絲技“水性化”簡便制備。該研究成果中多孔材料表面親水改性技術及其策略的普適性，將極大地突破傳統聚合物材料固有疏水特性帶來的應用局限性。