包装在现代食品供应链中起着不可或缺的作用，可以有效防止食品污染、保持品质、延长保质期并减少浪费。传统的石油基塑料如聚乙烯（PE）常用于食品包装。然而，由于这些塑料难以生物降解，一旦被丢弃，会对环境造成严重威胁（Shen等人，2020年）。因此，开发可生物降解、环保且可回收的薄膜对于可持续的食品包装应用至关重要。
聚乳酸（PLA）是一种热塑性半结晶聚酯，可通过发酵天然碳水化合物聚合获得（Shao等人，2022年）。由于其可生物降解性，PLA已被认定为安全材料（GRAS），并逐渐取代了传统的石油基塑料（Parlak等人，2023年）。它已成为医疗、农业和食品包装领域中最有前景的材料之一。然而，PLA的耐热性较低且阻隔性能较差（Abbasi等人，2019年），这限制了其作为食品包装薄膜的使用。
为了克服PLA在食品包装中的局限性，研究人员开发了多种改性策略来提升其性能。例如，共聚、混合、多层复合材料和表面涂层等方法被用来改善PLA的热稳定性、机械性能和阻隔性能（Rasal等人，2010年）。例如，Fan等人（2025年）通过开环聚合将PLA接枝到聚乙烯醇上，并通过热压制备薄膜，使氧气阻隔性能提高了38%。此外，Roy和Rhim（2020a）成功合成了含有姜黄素的PLA基功能薄膜，该过程在略微提高机械性能和阻隔性能的同时保持了热稳定性。此外，增加结晶度可以通过形成更致密的结构来阻碍气体迁移，从而延长或阻断分子的扩散路径（Sonchaeng等人，2018年）。
与上述方法相比，通过添加填料来增强PLA的阻隔性能受到了广泛关注，因为这种方法简单且有效。例如，将蒙脱石、氧化石墨烯（GO）纳米片或有机粘土基填料加入PLA中可以在基体中创建曲折的路径，从而阻碍气体分子的渗透并提高阻隔性能（Wu等人，2021年）。在这些填料中，GO是一种具有独特二维结构的碳材料，具有较大的比表面积和较高的热稳定性（Zhou等人，2013年）。然而，GO的高表面积和强分子间作用力（范德华力和π-π相互作用）使其容易聚集，导致机械性能下降和阻隔性能降低。因此，有必要对GO进行改性，以实现其在溶剂中的稳定分散，并增强GO与聚合物之间的界面相互作用（Wang等人，2019年）。
表面功能化，如元素掺杂和纳米颗粒杂化，已被用于改善GO在聚合物中的分散性（Hsiao等人，2010年）。例如，Huang等人（2021年）将磷、氮和钼酸盐掺入GO纳米片中，制备出了具有显著提高的机械性能和热稳定性的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。值得注意的是，用纳米颗粒对GO进行功能化是一种有前景的策略，可以改善其分散性并构建曲折的阻隔路径。Liu等人（2020a）使用乙二胺对GO和纳米颗粒进行交联，制备出了一种能够防止GO聚集引起的孔堵塞的过滤膜。然而，将分散良好的纳米颗粒改性GO应用于高阻隔性能的PLA薄膜中仍是一个挑战。
因此，本研究通过在GO表面原位锚定SiO₂纳米颗粒，构建了MGO异质结构，以防止GO在PLA内部重新堆叠（图1），从而制备出了均匀分散、稳定的改性GO（SiO₂/GO混合物，MGO）填料。随后，采用逐层自组装方法将MGO有序地嵌入PLA中。SiO₂的锚定可能扩大GO层间的间距，促进PLA链的插入，并创建更多曲折的气体扩散路径，从而提高阻隔性能。通过扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、拉曼光谱（Raman）和X射线光电子光谱（XPS）确认了GO和SiO₂的微观结构和界面相互作用。此外，还研究了材料结构与薄膜特性之间的主要关系，以及与薄膜阻隔性能相关的内在机制。该薄膜在猪肉保鲜中的成功应用为设计有效的、可生物降解的包装材料以应对食品浪费问题提供了有希望的方法。
