近日，意大利都灵大学与西班牙瓦伦西亚理工大学联合团队在《复合材料科学》期刊发表一项创新成果——通过静电纺丝技术成功制备出负载碳纳米粒子（CNP）及铜改性碳纳米粒子（CNP-Cu）的聚乳酸（PLA）纳米纤维材料。这项技术不仅提升了食品包装的抗菌性能，还确保了材料的安全性与环保性，为可持续包装行业提供了全新解决方案。

技术亮点：纳米级精准控制，突破传统瓶颈

传统食品包装材料常面临抗菌效果有限、不可降解或潜在迁移风险等问题。本研究成功设计并制备了填充生物相容性碳纳米粒子（CNP）和负载铜的碳纳米粒子（CNP-Cu）的聚乳酸（PLA）纳米纤维，采用静电纺丝技术，对其进行优化并评估了可行性与安全性。通过动态光散射分析确保纳米粒子与 PLA 溶剂体系的相容性及均匀分散，构建紫外 - 可见光谱分析方法证明纳米粒子的高效掺入。通过 FE-SEM 和 TEM 进行形态分析，证实纳米粒子均匀分布无聚集。迁移研究表明纳米粒子释放极少，铜迁移量符合欧盟规定，为食品包装提供了安全有效的新材料选择。

研究选用Polymer 颗粒，实验前需在 60°C 干燥 12 小时以防止水分影响性能。溶剂采用二氯甲烷（DCM）和 N-N 二甲基甲酰胺（DMF）。碳纳米粒子通过水热碳化法制备，先将葡萄糖溶解在超纯水中，加入聚丙烯酸钠防止交联，经一系列反应得到不同尺寸的 CNP，再通过在硫酸铜水溶液中孵育并离心的方式制备铜负载的 CNP-Cu。对于纯 PLA 静电纺丝，把 PLA 溶解在 70:30 v/v 的 DCM-DMF 溶剂体系中制成不同浓度溶液，经实验确定 10 wt.% 的 PLA 溶液效果较好（见图1）。随后对其在不同流速、电压和工作距离下测试以优化工艺参数。在纳米复合静电纺丝阶段，将 1.0 wt.% 的 CNP 和 CNP-Cu 分别分散在 DMF 中超声 30 min，同时把 PLA 颗粒与 DCM、部分 DMF 混合搅拌至完全溶解，之后将两者混合得到最终溶液，最后使用优化后的静电纺丝参数制备出纳米复合纤维垫。

▲ 图 1：不同浓度下静电纺丝纯 PLA 纳米纤维的场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）图像：7 wt.%（a）、8.5 wt.%（b）、9 wt.%（c）和 10 wt.%（d）

研究发现与创新点：性能与安全的双重保障

（1）纳米粒子的稳定分散

研究发现 CNP 在 DMF 中经超声处理后能有效分散，再与 DCM 按 70:30 v/v 混合稀释并再次超声，可实现 CNP 在该溶剂体系中的均匀分散。这一方法解决了纳米粒子在溶剂中容易聚集的问题，为后续制备高质量纳米复合纤维奠定了基础。

（2）优化的静电纺丝参数

通过对不同 PLA 浓度和静电纺丝参数的研究，确定 10 wt.% 的 PLA 溶液在流速 1.5 mL/h、电压 20 kV、工作距离 13 cm 时，能制备出无珠、溶剂蒸发完全、形态均匀的纳米纤维。这一参数优化为大规模制备高质量 PLA 纳米纤维提供了参考。

（3）良好的纳米复合纤维形态

FE-SEM 和 TEM 分析表明，CNP 和 CNP-Cu 均匀分布在 PLA 纳米纤维中，且与聚合物相容性良好，即使在纤维直径接近纳米粒子直径的情况下，纳米粒子也能很好地嵌入纤维内部。这一结构有利于发挥纳米粒子的功能，提升材料性能。

（4）低纳米粒子释放与安全保障

迁移研究结果显示，在食品模拟物中，大部分情况下纳米粒子释放量低于检测限，仅 PLA-CNP-Cu 在乙酸模拟物中有少量释放，但释放比例≤3.0%。同时，计算得出的铜离子迁移量远低于欧盟规定的限值，确保了材料在食品包装应用中的安全性。