全球能源利用与环境治理正经历创新和绿色驱动的深刻变革，亟需发展保障低碳制造、低能耗运行与资源循环的高分子纤维材料，尤其是融合防护与感知功能的生物基可降解纤维。作为产业化程度高、应用广泛的碳中和高分子材料，聚乳酸（PLA）纤维具有来源可再生、易加工成型、全降解等显著特性。然而，螺旋链构象导致PLA酯基偶极子排列无规、介电响应弱、浅陷阱主导的储电特征，制约其将机械能向电能的有效转化与电荷长效存储。传统的纤维细化或孔径缩小，又难以突破过滤效率与气流阻力之间的权衡。因此，关键问题在通过PLA链构象、晶区组织、异质界面与纤维网络对电荷俘获/存储动力学进行调控，获得并强化电活性组分，形成实现长效静电捕集与无源信号转导的结构基础，为生物基聚酯纤维从被动防护向智能感知拓展提供典型范式。

中国矿业大学何新建/徐欢/侯宇振团队提出“电活性聚乳酸纳米纤维”这一概念，将PLA的分子极性、结构可设计性与电荷响应相联系，阐明其由可降解纤维载体向兼具电荷存储、能量转导与信号感知能力的功能材料演进的科学内涵。围绕PLA电活性组分的结构起源，文章解析链段取向促进偶极协同极化、立构复合调节晶区组织与陷阱能级、电介质诱导的异质界面增强局域极化与电荷俘获的作用机制，并系统总结电场牵伸与定向收集、共混及同轴电纺、纳米电介质复合与界面锚定等制备方法，建立加工过程、聚集态结构与电荷生成、存储、迁移及刺激辅助再生之间的关联。在此基础上，进一步阐明高电活性纳米纤维通过稳定驻极场强化颗粒捕集、通过机电耦合将微弱机械刺激转化为可辨识信号的功能逻辑，拓展其在高效低阻过滤、自供能生理监测及多功能可穿戴防护中的应用。相关成果以“Beyond Long-Term Protection by Intelligent Poly（lactic acid）Nanofibers: Structuring Multiscale Hierarchies for Passive Sensing”为题发表于期刊《Accounts of Chemical Research》上。

综述围绕电活性PLA的概念内涵，以增强极化响应、电荷保持与机电转导能力为核心，结合表面活性提升，凝练三条结构调控路径。首先，通过多场耦合与定向收集促进链段和酯基偶极有序排列，增强协同极化，并优化纤维排列与孔道连通性；其次，利用左旋聚乳酸（PLLA）与右旋聚乳酸（PDLA）立构复合构筑有序晶区，增强链间作用，调节晶态－非晶态界面及陷阱能级，抑制电荷逸出；进一步，引入高活性纳米电介质，利用介电差异与界面活性位点强化局域极化、电荷俘获和表面吸附。三类策略贯通链构象、晶区组织与异质界面，揭示体相极化、界面储电及表面作用对电活性的协同贡献，为可降解PLA纤维实现长效静电防护与自供能感知提供设计依据。

图1. PLA纳米纤维膜多尺度结构调控与感知防护功能融合研究思路

静电纺丝能够连续制备高比表面积纳米纤维，并在纤维成型过程中同步调节链段取向、结晶行为与孔隙结构，为PLA电活性的构筑提供加工基础。综述从电纺过程中的非平衡结构演化出发，阐释电场牵伸、射流拉伸、溶剂挥发与收集运动对链构象、晶区组织及纤维排列的协同调控。牵伸与固化速率的匹配有助于抑制链段回缩，保留轴向取向并促进应变诱导结晶，使酯基偶极排列与晶态－非晶态界面分布得到协同调节。不同区域在链堆积、偶极可动性及介电响应上的差异，进一步影响局域极化与电荷俘获。在膜尺度上，调节纤维取向与堆积方式可改善孔道连通性和气流分配，协调颗粒接触、静电捕集与传输阻力。由此，电纺将成型过程中的拉伸与固化转化为可保留的多尺度有序结构，建立加工条件、结构组织与电活性之间的联系。

图2. 取向诱导的链构象与偶极子有序化

取向调控促进偶极有序排列，而电荷能否长期保持，还取决于晶区及其界面形成的局域能量环境。综述进一步阐释PLLA与PDLA立构复合化对电荷俘获/存储能力的调控：两类链通过立体选择性缔合形成致密有序晶区，增强链间作用与偶极耦合，并重组晶态－非晶态界面，改变陷阱深度及空间分布。此外，同轴纺丝进一步将立构复合限域于PLLA/PDLA核壳界面，构筑离散纳米晶区，使稳定储电区域与局域电荷迁移区域在空间上相互衔接。深陷阱延长电荷驻留时间，周围非晶区域支持局域释放与场辅助重分布，并为外界刺激产生的新生电荷提供输运路径。由此，立构复合将晶区设计拓展至电荷循环与再生的协同调控，为持续驻极防护和稳定机电转导提供结构支撑。

图3. 立构复合化策略诱导偶极极化与电荷陷阱

针对PLA极化响应偏弱、陷阱类型有限的问题，综述阐释纳米电介质通过介电差异与界面结构调控增强电活性的机制。电介质与聚合物的介电响应及电荷输运差异促进界面电荷积聚，配位环境、缺陷与链段堆积变化则调节陷阱能级，协同增强极化与储电能力。其中，MOF依托可调孔道和配位位点兼顾分子吸附与电荷俘获；TiO2等金属氧化物通过介电反差强化界面极化；羟基磷灰石纳米晶须借助极性表面、异相成核与骨架增强，调节结晶及驻极稳定性。上述作用能否充分发挥，取决于电介质的分散状态、表面可及性及界面结合强度。例如，适量ZIF-8形成纳米凸起，增加有效摩擦接触并引入极化中心；羟基磷灰石通过链段限域与成核作用重塑储电微环境。因此，界面设计需统筹填料分布、界面化学与聚合物结构，在增强电活性的同时提升环境适应性与服役稳定性。

图4. 纳米电介质构筑多级异质界面实现电荷俘获

电活性PLA的过滤优势，在于通过静电作用拓展颗粒捕集范围，降低对纤维致密堆积与孔径压缩的依赖，从而协调捕集效率与气流阻力。纤维网络的孔隙连通性决定气流分配和颗粒接触机会，晶区与介电界面的储电能力则支撑持续静电捕集，两者共同影响长期防护效能。因此，长效过滤需要协调孔道通透性、电荷保持与机械刺激辅助的电荷再生。代表性体系中，MOF-5功能化核壳PLA膜在85 L·min⁻1下实现99.97%的PM0.3过滤效率，压降为44.3 Pa。MOF富集壳层膜在32 L·min⁻1下户外运行4 h后，压降由52.9 Pa增至53.7 Pa。结合串珠、蛛网及多尺度纤维网络设计，综述将结构优化由初始效率提升拓展至沉积负载下的通透性维持与静电作用保持，为兼顾高效、低阻和耐久性的过滤材料提供可验证的构效关系。

从颗粒捕集拓展至生理监测，电活性纳米纤维进一步将呼吸机械能转化为承载生理信息的电信号，其关键在于建立机械能与电学响应之间稳定、可辨识的对应关系。综述阐释摩擦起电与静电感应驱动信号产生、陷阱存储与刺激辅助电荷再生维持转导能力的协同机制：表面微纳结构改善有效接触，异质界面增强极化与电荷俘获，晶区组织抑制电荷耗散，共同支撑微弱、低频呼吸刺激的持续感知与波形保持。例如，MIL-88A功能化B-PLA核壳纤维通过纳米凸起与介电异质界面增强机电输出，在相应测试条件下获得76.1 V电压和225.5 nA电流，并在所测试数据集中实现九类呼吸模式97.1%的分类准确率。值得注意的是，在湿润呼吸、运动干扰与反复佩戴条件下，需综合考察幅值保持、基线漂移、信噪比、波形相关性及跨个体分类性能，贯通材料储电稳定性、器件转导保真度与状态识别泛化能力。

图5. 电活性调控理论指导的无源信号采集与状态监测功能实现

本综述初步凝练了课题组近年来围绕电活性PLA纳米纤维开展的研究，从概念提出到定构加工与功能应用，阐明分子极性经多尺度结构转化为电活性组分的科学路径：如，链段取向增强偶极协同，立构复合重塑晶区与陷阱结构，以及纳米电介质拓展界面极化及俘获位点，都将PLA有限的本征弱电荷响应转化为可调控的储电与机-电转化能力。这一认识深化了“电活性聚乳酸纳米纤维”的概念内涵：电活性既取决于分子链构象，也由加工所形成的聚集态结构决定，是电荷俘获、保持与再生对长效防护和无源感知等功能融合的重要基础。沿“分子构象－定制结构－电活性纳米纤维－功能融合”主线，探明静电主动捕集与无源信号转导的共同结构基础，为调控防护能耗与自供能感知提供重要实现路径。面向未来工程应用，需进一步建立湿热、形变及老化条件下结构演变与功能衰减的关联，综合评价器件可靠性、界面组分释放及皮肤接触安全，评估服役稳定性与使用后可控降解。最终，将能源利用效率、环境友好性与健康防护需求纳入贯穿制备、服役和废弃处置的整体设计框架，为生物基高分子纤维向智能防护材料发展提供借鉴。

（来源：高分子科学前沿）