Preparation of biodegradable CNTs-ZnO/cellulose membrane with photothermal antibacterial activity for food packaging application

食品包装是我们日常饮食的无声守护者，承担着保持农产品新鲜并防止浪费这一艰巨任务。几十年来，解决方案在很大程度上一直是塑料，这种材料因其耐用性和轻便性而备受青睐，但也因其在环境中的持久存在以及无法主动阻止导致食物腐烂的微观细菌而受到批评。尽管科学家们长期以来一直寻求用植物纤维等天然、可生物降解的替代品来取代塑料，但这些绿色材料往往缺乏对抗其旨在遏制的微生物的力量。挑战在于创造一种既对地球安全，又能主动防御内部食物的包装材料，或许是通过利用光能产生热量来杀死细菌，且不依赖可能渗入食物的有毒化学物质。

在最近的一项研究中，中国江苏大学的研究人员开发出一种新型包装薄膜，试图通过将天然植物纤维与一种特殊的纳米颗粒混合物相结合来解决这一问题。团队以纤维素（植物的主要结构成分）为基础，并将其从稻草中提取出来。在这一天然基底之上，他们添加了一种由碳纳米管和氧化锌颗粒组成的复合材料。碳纳米管是极其细小的、由碳原子构成的管状结构，具有极佳的吸光能力；而氧化锌则是一种以杀菌能力著称的矿物质。通过将这些成分混合并沉积在纤维素上，研究人员创造出了一种薄而柔韧的薄膜，作为抵御变质的盾牌。

这种新薄膜最引人注目的特征是其将光转化为热的能力。当研究人员将薄膜暴露在模拟阳光下时，其表面温度迅速上升。在光强为每平方厘米 1.8 瓦特的条件下，仅在暴露两分钟内，薄膜表面温度就从舒适的 22.0 摄氏度飙升至灼热的 67.2 摄氏度。这种快速的温度激增至关重要，因为许多细菌无法在如此高温下生存。研究表明，当这种加热后的薄膜放置在常见的食源性致病菌（如金黄色葡萄球菌和埃希氏菌）附近时，能有效抑制其生长。该薄膜对埃希氏菌的效果尤为显著，抑制率超过 97.85%，同时对金黄色葡萄球菌也表现出超过 65.66% 的强抗性。

除了利用热量杀灭细菌外，该薄膜还被证明是现实世界食品储存的实用解决方案。研究人员通过包裹新鲜草莓来测试这种材料，草莓由于含水量高且易发霉，极易变质。在九天的时间里，在光照条件下使用新薄膜包裹的草莓保持了新鲜饱满的状态，没有出现包裹在标准塑料薄膜上的草莓那样布满霉菌的情况。包裹在新材料中的草莓仅损失了 7% 的重量，这是一个显著的改进，表明该薄膜能很好地管理水分，使水果在不会过快变干或变得过于潮湿的情况下进行呼吸。

该研究还探讨了材料对环境的影响。与可能存在数个世纪的传统塑料不同，这种新薄膜旨在自然降解。当埋入土壤中时，该薄膜在几天内就开始明显降解，并在二十天内基本被微生物分解。这种生物降解性，结合其延长新鲜农产品保质期的能力，为开发既能保护食物又不增加地球负担的包装提供了一条路径。研究人员发现，该薄膜在多次加热和冷却循环中仍能保持其效能，表明它足够稳定，可以重复用于包装应用。通过利用阳光产生热量的简单力量，并结合天然、可堆肥的基底，这项工作为实现一个食品包装与所保护的食物一样可持续发展的未来迈出了充满希望的一步。