包埋聚己內酯納米纖維膜的微流體裝置的制備及其在水過濾中的應用

DOI: 10.1002/app.49207

在這項研究中，研究者制造了一種包埋聚己內酯（PCL）納米纖維膜的塑料微流控裝置，以用作從污水中去除細菌的過濾器。將電紡PCL納米纖維膜夾在兩層聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）基底之間，制成微流控裝置。在PMMA頂層，刻有蛇形微通道，并沿微通道鉆了165個通孔。底部PMMA層的中央包含四個矩形柱，以防止PCL膜的塌陷。為了降低PCL膜的疏水性并使其獲得抗菌功能，在納米纖維表面涂覆了多巴胺。掃描電子顯微鏡、傅里葉變換紅外光譜和接觸角測量證實了親水性PCL膜的成功制備。以2 mL/hr的流速引入污水，在5小時內篩選10 mL液體。紫外-可見分光光度法和菌落形成單元計數證實，與對照組相比（高達80%）該裝置去除了污染水中的細菌，而多巴胺涂層的納米纖維膜也顯示出抗菌活性。這證明了微流控裝置在水處理系統中的應用潛力。

圖1.示意圖顯示（a）頂部PMMA基底，（b）底部PMMA基底和（c）組裝過程。從微型設備的（d）頂部和（e）底部獲取的照片。照片顯示（f）組裝的微流體裝置和（g）整體實驗裝置。PMMA，聚（甲基丙烯酸甲酯）[顏色圖可在wileyonlinelibrary.com上查看]

圖2. SEM圖像顯示了（a，b）裸PCL和（c，d）PCL-PDA納米纖維的形態。（e）條形圖顯示PCL和PCL-PDA納米纖維的直徑和孔徑。PCL，聚己內酯；PDA，聚多巴胺；SEM，掃描電子顯微鏡

圖3.裸PCL和PCL-PDA納米纖維的FT-IR光譜分析。FT-IR，傅立葉變換紅外光譜；PCL，聚己內酯；PDA，聚多巴胺[顏色圖可在wileyonlinelibrary.com上查看]

圖4.在（a）裸PCL和（b）PCL–PDA納米纖維的表面上測量的水接觸角。（c）裸PCL和（d）PCL-PDA納米纖維膜的圖像。PCL，聚己內酯；PDA，聚多巴胺[顏色圖可在wileyonlinelibrary.com上查看]

圖5.（a）使用包埋裸PCL和PCL-PDA膜的微流控設備，對從出口收集的濾液中細菌的熒光（激發：490 nm，發射：510 nm）和（b）UV-Vis光譜分析。PCL，聚己內酯；PDA，聚多巴胺；UV-Vis，紫外-可見[顏色圖可在wileyonlinelibrary.com上查看]

圖6.使用微型設備篩選后，對水濾液的CFU進行計數的結果。（a）和（e）是使用蒸餾水的結果。（b）和（f）是使用含有細菌溶液的樣品時的結果。（c）和（g）顯示了僅使用PCL納米纖維膜過濾水時的結果。（d）和（h）顯示了當使用PCL-PDA納米纖維膜過濾水時的結果。CFU，菌落形成單位；PCL，聚己內酯；PDA，聚多巴胺[顏色圖可在wileyonlinelibrary.com上查看]

圖7. SEM圖像顯示過濾后細菌附著在（a）PCL和（b）PCL-PDA膜表面上。PCL，聚己內酯；PDA，聚多巴胺；SEM，掃描電子顯微鏡