近日，江南大學紡織科學與工程學院/針織技術教育部工程研究中心馬丕波教授團隊在綜合性國際期刊《Nature Communications》上發表題為“Biomimetic Janus Membrane with Spongy Channels for Directional Liquid Transport”的期刊論文。實現了江南大學紡織科學與工程學院以第一單位在Nature子刊發表論文零的突破。
江南大學紡織科學與工程學院2022級碩士研究生鄺小菊（指導教師：馬丕波）與澳大利亞皇家墨爾本理工大學張振方博士為論文共同第一作者；江南大學馬丕波教授、賀海軍副教授與新加坡國立大學Seeram Ramakrishna教授為論文共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金（52303054, 52373058），江蘇省自然科學基金（BK20231056），中國博士后科學基金（2022TQ0123），中央高校基本科研業務費（JUSRP123005）等項目資助。
論文全文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-64964-0
1.文字概述
在“健康中國”戰略推動全民健身與“輕戶外”生活方式蓬勃興起的雙重背景下，單向導濕功能紡織品的重要性日益凸顯。通過構建皮膚表面的“動態干爽區”，主動將汗液迅速排出體外，從而有效防止因汗液滯留導致的失溫風險，為大眾運動安全與舒適提供保障。然而，目前該類產品在實際應用中仍面臨關鍵技術瓶頸：由于表面蒸發性能不足，導致水分傳導效率顯著降低，使穿著者產生明顯的濕熱感和粘膩感，整體舒適度欠佳。這一問題在專業運動員高強度訓練或比賽場景中尤為突出——大量汗液無法被及時有效地導出和蒸發，嚴重阻礙人體散熱調節，不僅影響體溫平衡，更直接制約運動表現的穩定性與持續性。
針織中心研究團隊受植物蒸騰作用中葉片多級孔隙結構與液體輸運機制的啟發，創新設計出一種集成“縱向傳輸通道+海綿狀連通孔洞”的Janus納米纖維膜。通過引入三維螺旋納米纖維膜作為中間功能層，成功構建了類葉片海綿組織結構。該結構能夠將皮膚表面的汗液迅速抽離并定向傳輸且存儲，從而確保皮膚接觸面的持久干爽。隨后，存儲水分由蒸發界面驅動，通過上表層縱向通道逐步排出，實現了“高效導濕”與“自主蒸發”兩個過程的解耦與分步進行，有效突破了傳統面料因表面蒸發性能不足而制約液體傳輸效率的技術難題。同時，利用多巴胺介導界面調控策略，協同優化膜層的孔隙結構與潤濕性能，實現了纖維膜液體定向傳輸行為可控定制。該Janus纖維膜表現出卓越的綜合性能：單向傳輸指數（MMT）高達1250%，油水分離效率達到98.92%，并具備13860.77 L·m?2·h?1的高通量分離能力。此外，該膜可與傳統機織或針織面料復合，在保持織物原有柔軟性與穿著舒適度的基礎上，顯著提升其濕度管理能力（透濕量增加59%）與熱管理性能（降溫達3.3 ℃），為穿著者營造持久干爽的微氣候環境。
這項研究通過材料-結構一體化的梯度設計，成功將仿生螺旋結構、多級孔隙調控與不對稱潤濕性進行系統性整合，為開發下一代高性能單向導濕材料提供了創新性的解決方案。該技術不僅在功能性紡織品領域具有突破性意義——能夠實現更高效的人體熱濕管理，同時在工業油污處理、大氣霧氣收集等多元場景也展現出廣闊的應用前景，標志著液體定向傳輸控制技術向實際應用邁出了關鍵一步。
2.圖文導讀
圖1 Janus復合纖維膜的三維結構設計及液體定向傳輸性能