Dankie dat u Nature.com besoek het. Die weergawe van die blaaier wat u gebruik, het beperkte CSS-ondersteuning. Vir die beste resultate beveel ons aan dat u 'n nuwer weergawe van u blaaier gebruik (of dat u die versoenbaarheidsmodus in Internet Explorer afskakel). Intussen, om voortgesette ondersteuning te verseker, vertoon ons die webwerf sonder stilering of JavaScript.
Vandag is funksionele materiale met antibakteriese eienskappe meer gewild. Koste-effektiewe produksie van funksionele materiale met duursame en konsekwente werkverrigting bly egter 'n uitdaging. Polivinielalkohol (PVA) is gebruik om polipropileen (PP) nie-geweefde materiaal te modifiseer, en toe is silwer nanopartikels (AgNP's) in situ neergelê om PVA-gemodifiseerde AgNP's-gelaaide PP (verwys na as AgNP's) /PVA/PP-materiaal te produseer. Inkapseling van PP-vesels met behulp van PVA-laag help om die adhesie van gelaaide Ag NP's aan PP-vesels aansienlik te verbeter, en Ag/PVA/PP nie-geweefde materiale toon aansienlik verbeterde meganiese eienskappe en weerstand teen Escherichia coli (verwys na as E. coli). Oor die algemeen het Ag/PVA/PP nie-geweefde materiaal wat teen 'n silwer ammoniakkonsentrasie van 30 mM vervaardig word, beter meganiese eienskappe, en die antibakteriese beskermingskoers teen E. coli bereik 99,99%. Die materiaal behou steeds uitstekende antibakteriese aktiwiteit na 40 wasse en het die potensiaal vir herhaalde gebruik. Daarbenewens het Ag/PVA/PP nie-geweefde materiaal wye toepassingsvooruitsigte in die industrie as gevolg van sy goeie lugdeurlaatbaarheid en vogdeurlaatbaarheid. Daarbenewens het ons ook 'n rol-tot-rol-tegnologie ontwikkel en voorlopige ondersoeke gedoen om die haalbaarheid van hierdie metode te toets.
Met die verdieping van ekonomiese globalisering het grootskaalse bevolkingsbewegings die moontlikheid van virusoordrag aansienlik verhoog, wat goed verklaar waarom die nuwe koronavirus so 'n sterk vermoë het om wêreldwyd te versprei en moeilik is om te voorkom1,2,3. In hierdie sin is daar 'n dringende behoefte om nuwe antibakteriese materiale, soos polipropileen (PP) nie-geweefde materiale, as mediese beskermende materiale te ontwikkel. Polipropileen nie-geweefde materiaal het die voordele van lae digtheid, chemiese traagheid en lae koste4, maar het nie antibakteriese vermoë, kort lewensduur en lae beskermingsdoeltreffendheid nie. Daarom is dit van groot belang om antibakteriese eienskappe aan PP nie-geweefde materiale te verleen.
As 'n antieke antibakteriese middel het silwer vyf stadiums van ontwikkeling deurgemaak: kolloïdale silweroplossing, silwersulfadiasien, silwersout, proteïensilwer en nanosilver. Silwer nanopartikels word toenemend gebruik in velde soos medisyne5,6, geleidingsvermoë7,8,9, oppervlakverbeterde Raman-verstrooiing10,11,12, katalitiese afbraak van kleurstowwe13,14,15,16 ens. In die besonder het silwer nanopartikels (AgNP's) voordele bo tradisionele antimikrobiese middels soos metaalsoute, kwaternêre ammoniumverbindings en triklosan as gevolg van hul vereiste bakteriese weerstand, stabiliteit, lae koste en omgewingsaanvaarbaarheid17,18,19. Daarbenewens kan silwer nanopartikels met 'n groot spesifieke oppervlakarea en hoë antibakteriese aktiwiteit aan wolstowwe20, katoenstowwe21,22, poliësterstowwe en ander materiale geheg word om beheerde, volgehoue vrystelling van antibakteriese silwerdeeltjies23,24 te verkry. Dit beteken dat dit moontlik is om PP-stowwe met antibakteriese aktiwiteit te skep deur AgNP's in te kapsel. PP-vriesstowwe het egter nie funksionele groepe nie en het lae polariteit, wat nie bevorderlik is vir die inkapseling van AgNP's nie. Om hierdie nadeel te oorkom, het sommige navorsers probeer om Ag-nanopartikels op die oppervlak van PP-stowwe te deponeer deur verskeie modifikasiemetodes te gebruik, insluitend plasmabespuiting26,27, bestralingsoorplanting28,29,30,31 en oppervlakbedekking32. Goli et al. [33] het byvoorbeeld 'n proteïenbedekking op die oppervlak van PP-vriesstof bekendgestel, waar die aminosure aan die periferie van die proteïenlaag as ankerpunte vir die binding van AgNP's kan dien, waardeur goeie antibakteriese eienskappe verkry word. Li en medewerkers34 het bevind dat N-isopropielakrielamied en N-(3-aminopropiel)metakrielamiedhidrochloried wat deur ultraviolet (UV) ets saamgeënt is, sterk antimikrobiese aktiwiteit vertoon het, hoewel die UV-etsproses kompleks is en die meganiese eienskappe van vesels kan afbreek. Oliani et al. het Ag NP's-PP-gelfilms met uitstekende antibakteriese aktiwiteit voorberei deur suiwer PP met gammabestraling voor te behandel; hul metode was egter ook kompleks. Dit bly dus 'n uitdaging om herwinbare polipropileen-vriesstowwe met die verlangde antimikrobiese aktiwiteit doeltreffend en maklik te produseer.
In hierdie studie word polivinielalkohol, 'n omgewingsvriendelike en laekoste membraanmateriaal met goeie filmvormende vermoë, hoë hidrofilisiteit en uitstekende fisiese en chemiese stabiliteit, gebruik om polipropileenstowwe te modifiseer. Glukose word as 'n reduseermiddel36 gebruik. 'n Toename in die oppervlakenergie van die gemodifiseerde PP bevorder die selektiewe afsetting van AgNP's. In vergelyking met suiwer PP-stof, het die voorbereide Ag/PVA/PP-stof goeie herwinbaarheid, uitstekende antibakteriese aktiwiteit teen E. coli, goeie meganiese eienskappe selfs na 40 wassiklusse, en beduidende asemhalingsvermoë, seks- en vogdeurlaatbaarheid getoon.
Die PP-niegeweefde materiaal met 'n spesifieke gewig van 25 g/m2 en 'n dikte van 0.18 mm is verskaf deur Jiyuan Kang'an Sanitary Materials Co., Ltd. (Jiyuan, China) en in velle van 5×5 cm2 gesny. Silwernitraat (99.8%; AR) is aangekoop van Xilong Scientific Co., Ltd. (Shantou, China). Glukose is aangekoop van Fuzhou Neptune Fuyao Pharmaceutical Co., Ltd. (Fuzhou, China). Polivinielalkohol (industriële graad reagens) is aangekoop van Tianjin Sitong Chemical Factory (Tianjin, China). Gedeïoniseerde water is as 'n oplosmiddel of spoelmiddel gebruik en is in ons laboratorium voorberei. Voedingstofagar en -bouillon is aangekoop van Beijing Aoboxing Biotechnology Co., Ltd. (Beijing, China). E. coli-stam (ATCC 25922) is aangekoop van Zhangzhou Bochuang Company (Zhangzhou, China).
Die gevolglike PP-weefsel is vir 15 minute met ultraklank in etanol gewas. Die gevolglike PVA is by water gevoeg en vir 2 uur by 95°C verhit om 'n waterige oplossing te verkry. Daarna is glukose opgelos in 10 ml PVA-oplossing met 'n massafraksie van 0.1%, 0.5%, 1.0% en 1.5%. Die gesuiwerde polipropileen-nie-geweefde materiaal is in 'n PVA/glukose-oplossing gedompel en vir 1 uur by 60°C verhit. Nadat die verhitting voltooi is, word die PP-geïmpregneerde nie-geweefde materiaal uit die PVA/glukose-oplossing verwyder en vir 0.5 uur by 60°C gedroog om 'n PVA-film op die oppervlak van die web te vorm, waardeur 'n PVA/PP-saamgestelde tekstiel verkry word.
Silwernitraat word in 10 ml water opgelos met konstante roering by kamertemperatuur en ammoniak word drupsgewys bygevoeg totdat die oplossing van helder na bruin en weer helder verander om 'n silwerammoniakoplossing (5–90 mM) te verkry. Plaas PVA/PP nie-geweefde materiaal in die silwerammoniakoplossing en verhit dit vir 1 uur by 60°C om Ag-nanopartikels in situ op die oppervlak van die materiaal te vorm, spoel dit dan drie keer met water af en droog dit vir 0.5 uur by 60°C om Ag/PVA/PP-saamgestelde materiaal te verkry.
Na voorlopige eksperimente het ons rol-tot-rol-toerusting in die laboratorium gebou vir grootskaalse produksie van saamgestelde materiale. Die rollers is van PTFE gemaak om nadelige reaksies en kontaminasie te vermy. Tydens hierdie proses kan die impregneringstyd en die hoeveelheid geadsorbeerde oplossing beheer word deur die spoed van die rollers en die afstand tussen die rollers aan te pas om die verlangde Ag/PVA/PP-saamgestelde materiaal te verkry.
Die weefseloppervlakmorfologie is bestudeer met behulp van 'n VEGA3-skandeerelektronmikroskoop (SEM; Japan Electronics, Japan) teen 'n versnellende spanning van 5 kV. Die kristalstruktuur van silwer-nanopartikels is geanaliseer deur X-straaldiffraksie (XRD; Bruker, D8 Advanced, Duitsland; Cu Kα-straling, λ = 0.15418 nm; spanning: 40 kV, stroom: 40 mA) in die reeks van 10–80°. 2θ. 'n Fourier-transform infrarooi spektrometer (ATR-FTIR; Nicolet 170sx, Thermo Fisher Scientific Incorporation) is gebruik om die chemiese eienskappe van oppervlakgemodifiseerde polipropileenmateriaal te analiseer. Die PVA-modifiseerderinhoud van Ag/PVA/PP-saamgestelde materiale is gemeet deur termogravimetriese analise (TGA; Mettler Toledo, Switserland) onder 'n stikstofstroom. Induktief gekoppelde plasmamassaspektrometrie (ICP-MS, ELAN DRC II, Perkin-Elmer (Hong Kong) Co., Ltd.) is gebruik om die silwerinhoud van Ag/PVA/PP-saamgestelde materiale te bepaal.
Die lugdeurlaatbaarheid en waterdamptransmissietempo van Ag/PVA/PP-saamgestelde materiaal (spesifikasie: 78 × 50 cm²) is gemeet deur 'n derdeparty-toetsagentskap (Tianfangbiao Standardization Certification and Testing Co., Ltd.) in ooreenstemming met GB/T. 5453-1997 en GB/T 12704.2-2009. Vir elke monster word tien verskillende punte vir toetsing gekies, en die data wat deur die agentskap verskaf word, is die gemiddelde van die tien punte.
Die antibakteriese aktiwiteit van Ag/PVA/PP-saamgestelde materiaal is gemeet in ooreenstemming met Chinese standaarde GB/T 20944.1-2007 en GB/T 20944.3- met behulp van die agarplaatdiffusiemetode (kwalitatiewe analise) en die skudflesmetode (kwantitatiewe analise). . onderskeidelik in 2008. Die antibakteriese aktiwiteit van Ag/PVA/PP-saamgestelde materiaal teen Escherichia coli is bepaal by verskillende wastye. Vir die agarplaatdiffusiemetode word die toets Ag/PVA/PP-saamgestelde materiaal in 'n skyf (deursnee: 8 mm) gepons met behulp van 'n pons en aan 'n agar-Petri-bakkie geheg wat met Escherichia coli (ATCC 25922) geïnokuleer is. (3.4 × 108 CFU ml-1) en dan by 37°C en 56% relatiewe humiditeit vir ongeveer 24 uur geïnkubeer. Die inhibisiesone is vertikaal geanaliseer vanaf die middelpunt van die skyf tot die binneste omtrek van die omliggende kolonies. Met behulp van die skudflesmetode is 'n plat plaat van 2 × 2 cm2 voorberei van die getoetste Ag/PVA/PP-saamgestelde materiaal en vir 30 minute in 'n sousomgewing by 121°C en 0.1 MPa geoutoklaaf. Na outoklaaf is die monster in 'n 5-mL Erlenmeyer-fles gedompel wat 70 mL souskultuuroplossing (suspensiekonsentrasie 1 × 105–4 × 105 CFU/mL) bevat het en dan vir 18 uur by 'n ossillerende temperatuur van 150 °C. rpm en 25°C geïnkubeer. Na skud, versamel 'n sekere hoeveelheid bakteriese suspensie en verdun dit tienvoudig. Versamel die vereiste hoeveelheid verdunde bakteriese suspensie, versprei dit op agarmedium en kweek dit vir 24 uur by 37°C en 56% relatiewe humiditeit. Die formule vir die berekening van antibakteriese effektiwiteit is: \(\frac{\mathrm{C}-\mathrm{A}}{\mathrm{C}}\cdot 100\%\), waar C en A onderskeidelik die aantal kolonies na 24 uur is. Gekweek in kontrolegroep en Ag/PVA/PP-saamgestelde weefsel.
Die duursaamheid van Ag/PVA/PP-saamgestelde materiale is geëvalueer deur dit te was volgens ISO 105-C10:2006.1A. Dompel die toets-Ag/PVA/PP-saamgestelde materiaal (30x40mm2) tydens die was in 'n waterige oplossing wat kommersiële skoonmaakmiddel (5.0g/L) bevat en was dit teen 40±2 rpm en 40±5 rpm/min. hoë spoed. °C 10, 20, 30, 40 en 50 siklusse. Na was word die materiaal drie keer met water afgespoel en vir 30 minute by 'n temperatuur van 50-60°C gedroog. Die verandering in silwerinhoud na was is gemeet om die graad van antibakteriese aktiwiteit te bepaal.
Figuur 1 toon die skematiese diagram van die vervaardiging van Ag/PVA/PP-saamgestelde materiaal. Dit wil sê, PP-nie-geweefde materiaal word in 'n gemengde oplossing van PVA en glukose gedompel. Die PP-geïmpregneerde nie-geweefde materiaal word gedroog om die modifiseerder en reduseermiddel te fikseer om 'n verseëlingslaag te vorm. Die gedroogde polipropileen-nie-geweefde materiaal word in 'n silwer ammoniakoplossing gedompel om die silwer nanopartikels in situ te deponeer. Die konsentrasie van die modifiseerder, die molêre verhouding van glukose tot silwer ammoniak, die konsentrasie van silwer ammoniak en die reaksietemperatuur beïnvloed die neerslag van Ag NP's. Dit is belangrike faktore. Figuur 2a toon die afhanklikheid van die waterkontakhoek van die Ag/PVA/PP-materiaal van die modifiseerderkonsentrasie. Wanneer die modifiseerderkonsentrasie van 0.5 gewig% tot 1.0 gewig% toeneem, neem die kontakhoek van die Ag/PVA/PP-materiaal aansienlik af; wanneer die modifiseerderkonsentrasie van 1.0 gewig% tot 2.0 gewig% toeneem, verander dit feitlik nie. Figuur 2b toon SEM-beelde van suiwer PP-vesels en Ag/PVA/PP-materiale wat voorberei is teen 'n konsentrasie silwerammoniak en verskillende molêre verhoudings van glukose tot silwerammoniak (1:1, 3:1, 5:1 en 9:1). . beeld. ). Die gevolglike PP-vesel is relatief glad. Na inkapseling met PVA-film word sommige vesels aan mekaar vasgeplak; As gevolg van die afsetting van silwer-nanopartikels word die vesels relatief grof. Namate die molêre verhouding van die reduseermiddel tot glukose toeneem, verdik die neergelegde laag Ag NP's geleidelik, en namate die molêre verhouding toeneem tot 5:1 en 9:1, is Ag NP's geneig om aggregate te vorm. Makroskopiese en mikroskopiese beelde van PP-vesel word meer uniform, veral wanneer die molêre verhouding van reduseermiddel tot glukose 5:1 is. Digitale foto's van die ooreenstemmende monsters wat teen 50 mM silwerammoniak verkry is, word in Figuur S1 getoon.
Veranderinge in die waterkontakhoek van Ag/PVA/PP-materiaal by verskillende PVA-konsentrasies (a), SEM-beelde van Ag/PVA/PP-materiaal verkry by 'n silwerammoniakkonsentrasie van 50 mM en verskeie molverhoudings van glukose en silwerammoniak [(b))); (1) PP-vesel, (2) PVA/PP-vesel, (3) molverhouding 1:1, (4) molverhouding 3:1, (5) molverhouding 5:1, (6) molverhouding 9:1], X-straaldiffraksiepatroon (c) en SEM-beeld (d) van Ag/PVA/PP-materiaal verkry by silwerammoniakkonsentrasies: (1) 5 mM, (2) 10 mM, (3) 30 mM, (4) 50 mM, (5) 90 mM en (6) Ag/PP-30 mM. Die reaksietemperatuur is 60°C.
In Fig. Figuur 2c toon die X-straaldiffraksiepatroon van die resulterende Ag/PVA/PP-materiaal. Benewens die diffraksiepiek van PP-vesel 37, stem vier diffraksiepieke by 2θ = ∼ 37.8°, 44.2°, 64.1° en 77.3° ooreen met (1 1 1), (2 0 0), (2 2 0), die kristalvlak (3 1 1) van kubiese vlakgesentreerde silwer-nanopartikels. Namate die silwerammoniakkonsentrasie van 5 tot 90 mM toeneem, word die XRD-patrone van Ag skerper, wat ooreenstem met 'n daaropvolgende toename in kristalliniteit. Volgens Scherrer se formule is die korrelgroottes van Ag-nanopartikels wat met 10 mM, 30 mM en 50 mM silwerammoniak voorberei is, bereken as onderskeidelik 21.3 nm, 23.3 nm en 26.5 nm. Dit is omdat die silwerammoniakkonsentrasie die dryfkrag agter die reduksiereaksie is om metaalsilwer te vorm. Met toenemende konsentrasie silwerammoniak neem die tempo van nukleasie en groei van Ag NP's toe. Figuur 2d toon die SEM-beelde van Ag/PVA/PP-stowwe wat verkry is teen verskillende konsentrasies Ag-ammoniak. By 'n silwerammoniakkonsentrasie van 30 mM is die neergesette laag Ag NP's relatief homogeen. Wanneer die silwerammoniakkonsentrasie egter te hoog is, is die eenvormigheid van die Ag NP-afsettingslaag geneig om af te neem, wat moontlik te wyte is aan sterk agglomerasie in die Ag NP-afsettingslaag. Daarbenewens het silwer-nanopartikels op die oppervlak twee vorms: sferies en skubberig. Die sferiese deeltjiegrootte is ongeveer 20–80 nm, en die lamellêre laterale grootte is ongeveer 100–300 nm (Figuur S2). Die afsettingslaag van Ag-nanopartikels op die oppervlak van ongemodifiseerde PP-stof is ongelyk. Daarbenewens bevorder die verhoging van die temperatuur die reduksie van Ag NP's (Fig. S3), maar 'n te hoë reaksietemperatuur bevorder nie die selektiewe neerslag van Ag NP's nie.
Figuur 3a beeld skematies die verband tussen die silwerammoniakkonsentrasie, die hoeveelheid neergesette silwer en die antibakteriese aktiwiteit van die voorbereide Ag/PVA/PP-stof uit. Figuur 3b toon die antibakteriese patrone van die monsters by verskillende konsentrasies silwerammoniak, wat die antibakteriese status van die monsters direk kan weerspieël. Toe die silwerammoniakkonsentrasie van 5 mM tot 90 mM toegeneem het, het die hoeveelheid silwerneerslag toegeneem van 13,67 g/kg tot 481,81 g/kg. Boonop, soos die hoeveelheid silwerneerslag toeneem, neem die antibakteriese aktiwiteit teen E. coli aanvanklik toe en bly dan op 'n hoë vlak. Spesifiek, wanneer die silwerammoniakkonsentrasie 30 mM is, is die neerslaghoeveelheid silwer in die resulterende Ag/PVA/PP-stof 67,62 g/kg, en die antibakteriese tempo is 99,99%. Kies hierdie monster as 'n verteenwoordiger vir daaropvolgende strukturele karakterisering.
(a) Verwantskap tussen die vlak van antibakteriese aktiwiteit en die hoeveelheid Ag-laag wat aangewend is en die konsentrasie van silwerammoniak; (b) Foto's van bakteriese kultuurplate wat met 'n digitale kamera geneem is, wat blanko monsters en monsters toon wat voorberei is met 5 mM, 10 mM, 30 mM, 50 mM en 90 mM silwerammoniak. Antibakteriese aktiwiteit van Ag/PVA/PP-stof teen Escherichia coli
Figuur 4a toon die FTIR/ATR-spektra van PP, PVA/PP, Ag/PP en Ag/PVA/PP. Die absorpsiebande van suiwer PP-vesel by 2950 cm-1 en 2916 cm-1 is te wyte aan die asimmetriese strekvibrasie van die –CH3- en –CH2-groepe, en by 2867 cm-1 en 2837 cm-1 is hulle te wyte aan die simmetriese strekvibrasie van die –CH3- en –CH2-groepe –. –CH3 en –CH2–. Die absorpsiebande by 1375 cm-1 en 1456 cm-1 word toegeskryf aan asimmetriese en simmetriese skuifvibrasies van –CH338.39. Die FTIR-spektrum van Ag/PP-vesel is soortgelyk aan dié van PP-vesel. Benewens die absorpsieband van PP, word die nuwe absorpsiepiek by 3360 cm-1 van PVA/PP- en Ag/PVA/PP-stowwe toegeskryf aan die strek van die waterstofbinding van die –OH-groep. Dit toon dat PVA suksesvol op die oppervlak van polipropileenvesel aangewend word. Boonop is die hidroksielabsorpsiepiek van Ag/PVA/PP-materiaal effens swakker as dié van PVA/PP-materiaal, wat moontlik te wyte is aan die koördinasie van sommige hidroksielgroepe met silwer.
FT-IR-spektrum (a), TGA-kurwe (b) en XPS-metingsspektrum (c) van suiwer PP, PVA/PP-materiaal en Ag/PVA/PP-materiaal, en C1s-spektrum van suiwer PP (d), PVA/PP PP-materiaal (e) en Ag 3d-piek (f) van Ag/PVA/PP-materiaal.
In Fig. 4c word die XPS-spektra van PP-, PVA/PP- en Ag/PVA/PP-stowwe getoon. Die swak O1s-sein van suiwer polipropileenvesel kan toegeskryf word aan die suurstofelement wat op die oppervlak geadsorbeer is; die C1s-piek teen 284.6 eV word toegeskryf aan CH₄ en CC (sien Fig. 4d). In vergelyking met suiwer PP-vesel, toon PVA/PP-stof (Fig. 4e) hoë werkverrigting teen 284.6 eV (C–C/C–H), 285.6 eV (C–O–H), 284.6 eV (C–C/C–H), 285.6 eV (C–O–H) en 288.5 eV (H–C=O)38. Daarbenewens kan die O1s-spektrum van PVA/PP-materiaal benader word deur twee pieke by 532.3 eV en 533.2 eV41 (Fig. S4), hierdie C1s-pieke stem ooreen met C–OH en H–C=O (hidroksielgroepe van PVA en aldehiedglukosegroep), wat ooreenstem met die FTIR-data. Die Ag/PVA/PP-nie-geweefde materiaal behou die O1s-spektrum van C-OH (532.3 eV) en HC=O (533.2 eV) (Figuur S5), bestaande uit 65.81% (atoompersentasie) C, 22.89.% O en 11.31% Ag (Fig. S4). In die besonder bewys die pieke van Ag3d5/2 en Ag3d3/2 by 368.2 eV en 374.2 eV (Fig. 4f) verder dat Ag NP's op die oppervlak van PVA/PP42-nie-geweefde materiaal gedoteer is.
Die TGA-krommes (Fig. 4b) van suiwer PP, Ag/PP-materiaal en Ag/PVA/PP-materiaal toon dat hulle soortgelyke termiese ontbindingsprosesse ondergaan, en die afsetting van Ag NP's lei tot 'n effense toename in die termiese afbraaktemperatuur van PP-vesels PVA/PP-vesels (van 480 °C (PP-vesels) tot 495 °C), moontlik as gevolg van die vorming van 'n Ag-versperring43. Terselfdertyd was die oorblywende hoeveelhede suiwer monsters van PP, Ag/PP, Ag/PVA/PP, Ag/PVA/PP-W50 en Ag/PP-W50 na verhitting by 800 °C onderskeidelik 1,32%, 16,26% en 13,86%. % 9,88% en 2,12% (die agtervoegsel W50 verwys hier na 50 wassiklusse). Die res van suiwer PP word toegeskryf aan onsuiwerhede, en die res van die oorblywende monsters aan Ag NP's, en die verskil in die oorblywende hoeveelheid monsters wat met silwer gelaai is, behoort te wyte te wees aan verskillende hoeveelhede silwer-nanopartikels wat daarop gelaai is. Daarbenewens, na die 50 keer was van Ag/PP-materiaal, is die oorblywende silwerinhoud met 94,65% verminder, en die oorblywende silwerinhoud van Ag/PVA/PP-materiaal is met ongeveer 31,74% verminder. Dit toon dat PVA-inkapselende laag die adhesie van AgNP's aan die PP-matriks effektief kan verbeter.
Om drakomfort te evalueer, is die lugdeurlaatbaarheid en waterdamptransmissietempo van die voorbereide polipropileenstof gemeet. Oor die algemeen hou asemhalingsvermoë verband met die gebruiker se termiese gemak, veral in warm en vogtige omgewings44. Soos in Figuur 5a getoon, is die lugdeurlaatbaarheid van suiwer PP 2050 mm/s, en na die modifikasie van PVA neem dit af tot 856 mm/s. Dit is omdat die PVA-film wat op die oppervlak van die PP-vesel en die geweefde deel gevorm word, help om die gapings tussen die vesels te verminder. Na die aanwending van Ag NP's neem die lugdeurlaatbaarheid van die PP-stof toe as gevolg van die verbruik van PVA-laag wanneer Ag NP's aangewend word. Daarbenewens is die asemhalingsvermoë van Ag/PVA/PP-stowwe geneig om af te neem namate die silwerammoniakkonsentrasie van 10 tot 50 mmol toeneem. Dit kan wees as gevolg van die feit dat die dikte van die silwerneerslag toeneem met toenemende silwerammoniakkonsentrasie, wat help om die aantal porieë en die waarskynlikheid dat waterdamp daardeur beweeg, te verminder.
(a) Lugdeurlaatbaarheid van Ag/PVA/PP-stowwe wat met verskillende konsentrasies silwerammoniak voorberei is; (b) Waterdampdeurlaatbaarheid van Ag/PVA/PP-stowwe wat met verskillende konsentrasies silwerammoniak voorberei is; (c) Verskeie modifiseerders Trekkromme van Ag-stof/PVA/PP wat teen verskillende konsentrasies verkry is; (d) Trekkromme van Ag/PVA/PP-stof wat teen verskillende konsentrasies silwerammoniak verkry is (Ag/PVA/PP-stof wat teen 'n silwerammoniakkonsentrasie van 30 mM verkry is, word ook getoon) (Vergelyk die trekkrommes van PP-stowwe na 40 wassiklusse).
Die tempo van waterdamptransmissie is nog 'n belangrike aanduiding van die termiese gemak van 'n materiaal45. Dit blyk dat die vogdeurlaatbaarheid van materiale hoofsaaklik beïnvloed word deur asemhaling en oppervlakeienskappe. Dit wil sê, lugdeurlaatbaarheid hang hoofsaaklik af van die aantal porieë; oppervlakeienskappe beïnvloed die vogdeurlaatbaarheid van hidrofiliese groepe deur adsorpsie-diffusie-desorpsie van watermolekules. Soos getoon in Figuur 5b, is die vogdeurlaatbaarheid van suiwer PP-vesel 4810 g/(m2·24h). Na verseëling met PVA-laag neem die aantal gate in die PP-vesel af, maar die vogdeurlaatbaarheid van die PVA/PP-materiaal neem toe tot 5070 g/(m2·24h), aangesien die vogdeurlaatbaarheid daarvan hoofsaaklik deur die oppervlakeienskappe bepaal word, nie deur porieë nie. Na die afsetting van AgNP's is die vogdeurlaatbaarheid van Ag/PVA/PP-materiaal verder verhoog. In die besonder is die maksimum vogdeurlaatbaarheid van Ag/PVA/PP-materiaal wat verkry word teen 'n silwerammoniakkonsentrasie van 30 mM 10300 g/(m2·24h). Terselfdertyd kan verskillende vogdeurlaatbaarheid van Ag/PVA/PP-stowwe wat verkry word teen verskillende konsentrasies silwerammoniak geassosieer word met verskille in die dikte van die silwerafsettingslaag en die aantal porieë daarvan.
Die meganiese eienskappe van materiale beïnvloed hul lewensduur sterk, veral as herwinbare materiale46. Figuur 5c toon die trekspanningskurwe van Ag/PVA/PP-materiaal. Die treksterkte van suiwer PP is slegs 2.23 MPa, terwyl die treksterkte van 1 gewig% PVA/PP-materiaal aansienlik verhoog word tot 4.56 MPa, wat aandui dat die inkapseling van PVA/PP-materiaal help om die meganiese eienskappe daarvan aansienlik te verbeter. Die treksterkte en verlenging by breek van PVA/PP-materiaal neem toe met toenemende konsentrasie van die PVA-modifiseerder, omdat die PVA-film die spanning kan breek en die PP-vesel kan versterk. Wanneer die modifiseerderkonsentrasie egter tot 1.5 gewig% toeneem, maak klewerige PVA die polipropileenmateriaal styf, wat drakomfort ernstig beïnvloed.
In vergelyking met suiwer PP- en PVA/PP-stowwe, word die treksterkte en verlenging by breek van Ag/PVA/PP-stowwe verder verbeter omdat Ag-nanopartikels wat eenvormig op die oppervlak van PP-vesels versprei is, die las kan versprei47,48. Daar kan gesien word dat die treksterkte van Ag/PP-vesel hoër is as dié van suiwer PP en 3.36 MPa bereik (Fig. 5d), wat die sterk en versterkende effek van Ag NP's bevestig. In die besonder toon die Ag/PVA/PP-stof wat teen 'n silwerammoniakkonsentrasie van 30 mM (in plaas van 50 mM) vervaardig word, maksimum treksterkte en verlenging by breek, wat steeds te wyte is aan die eenvormige afsetting van Ag NP's sowel as die eenvormige afsetting. Aggregasie van silwer NP's onder toestande van hoë konsentrasie silwerammoniak. Daarbenewens het die treksterkte en verlenging by breek van Ag/PVA/PP-materiaal wat teen 'n silwerammoniakkonsentrasie van 30 mM voorberei is, na 40 wassiklusse met onderskeidelik 32,7% en 26,8% afgeneem (Fig. 5d), wat moontlik verband hou met 'n klein verlies van silwer-nanopartikels wat daarna neergesit is.
Figure 6a en b toon digitale kamerafoto's van Ag/PVA/PP-materiaal en Ag/PP-materiaal na was vir 0, 10, 20, 30, 40 en 50 siklusse teen 'n silwerammoniakkonsentrasie van 30 mM. Donkergrys Ag/PVA/PP-materiaal en Ag/PP-materiaal word geleidelik liggrys na was; en die kleurverandering van die eerste tydens was lyk nie so ernstig soos dié van die tweede nie. Boonop het die silwerinhoud van Ag/PVA/PP-materiaal, in vergelyking met Ag/PP-materiaal, relatief stadig afgeneem na was; na 20 of meer was, het eersgenoemde 'n hoër silwerinhoud behou as laasgenoemde (Fig. 6c). Dit dui daarop dat die inkapseling van PP-vesels met 'n PVA-laag die adhesie van Ag NP's aan PP-vesels aansienlik kan verbeter. Figuur 6d toon die SEM-beelde van Ag/PVA/PP-materiaal en Ag/PP-materiaal na was vir 10, 40 en 50 siklusse. Ag/PVA/PP-stowwe ervaar minder verlies van Ag NP's tydens was as Ag/PP-stowwe, weer eens omdat die PVA-omhullende laag help om die adhesie van Ag NP's aan PP-vesels te verbeter.
(a) Foto's van Ag/PP-materiaal geneem met 'n digitale kamera (geneem teen 30 mM silwerammoniakkonsentrasie) na was vir 0, 10, 20, 30, 40 en 50 siklusse (1-6); (b) Ag/PVA/PP Foto's van materiale geneem met 'n digitale kamera (geneem teen 30 mM silwerammoniakkonsentrasie) na was vir 0, 10, 20, 30, 40 en 50 siklusse (1-6); (c) Veranderinge in silwerinhoud van die twee materiale oor wassiklusse; (d) SEM-beelde van Ag/PVA/PP-materiaal (1-3) en Ag/PP-materiaal (4-6) na 10, 40 en 50 wassiklusse.
Figuur 7 toon die antibakteriese aktiwiteit en digitale kamerafoto's van Ag/PVA/PP-stowwe teen E. coli na 10, 20, 30 en 40 wassiklusse. Na 10 en 20 wasse het die antibakteriese prestasie van Ag/PVA/PP-stowwe op 99,99% en 99,93% gebly, wat uitstekende antibakteriese aktiwiteit toon. Die antibakteriese vlak van Ag/PVA/PP-stof het effens afgeneem na 30 en 40 wasse, wat te wyte was aan die verlies van AgNP's na langtermynwas. Die antibakteriese tempo van Ag/PP-stof na 40 wasse is egter slegs 80,16%. Dit is duidelik dat die antibakteriese effek van Ag/PP-stof na 40 wassiklusse baie minder is as dié van Ag/PVA/PP-stof.
(a) Vlak van antibakteriese aktiwiteit teen E. coli. (b) Ter vergelyking word foto's van die Ag/PVA/PP-materiaal, geneem met 'n digitale kamera nadat die Ag/PP-materiaal teen 'n silwerammoniakkonsentrasie van 30 mM vir 10, 20, 30, 40 en 40 siklusse gewas is, ook getoon.
In Fig. Fig. 8 toon skematies die vervaardiging van grootskaalse Ag/PVA/PP-materiaal met behulp van 'n tweestadium-rol-tot-rol-roete. Dit wil sê, die PVA/glukose-oplossing is vir 'n sekere tydperk in die rolraam geweek, toe uitgehaal en toe op dieselfde manier met 'n silwerammoniakoplossing geïmpregneer om Ag/PVA/PP-materiaal te verkry. (Fig. 8a). Die gevolglike Ag/PVA/PP-materiaal behou steeds uitstekende antibakteriese aktiwiteit, selfs al word dit vir 1 jaar gelaat. Vir die grootskaalse voorbereiding van Ag/PVA/PP-materiaal is die gevolglike PP-vriesstowwe in 'n deurlopende rolproses geïmpregneer en toe opeenvolgend deur 'n PVA/glukose-oplossing en 'n silwerammoniakoplossing gegaan en verwerk. Twee metodes. Aangehegte video's. Die impregneringstyd word beheer deur die spoed van die roller aan te pas, en die hoeveelheid geadsorbeerde oplossing word beheer deur die afstand tussen die rollers aan te pas (Fig. 8b), waardeur die teiken Ag/PVA/PP-vriesstof van groot grootte (50 cm × 80 cm) en versamelroller verkry word. Die hele proses is eenvoudig en doeltreffend, wat bevorderlik is vir grootskaalse produksie.
Skematiese diagram van die produksie van grootskaalse teikenprodukte (a) en skematiese diagram van die rolproses vir die produksie van Ag/PVA/PP nie-geweefde materiale (b).
Silwerbevattende PVA/PP-vriesstowwe word vervaardig deur 'n eenvoudige in-situ vloeistoffase-afsettingstegnologie te gebruik, gekombineer met die rol-tot-rol-roete. In vergelyking met PP-materiaal en PVA/PP-materiaal word die meganiese eienskappe van die voorbereide Ag/PVA/PP-vriesstof aansienlik verbeter omdat die PVA-seëllaag die adhesie van Ag NP's aan PP-vesels aansienlik kan verbeter. Boonop kan die hoeveelheid PVA en die inhoud van silwer NP's in die Ag/PVA/PP-vriesstof goed beheer word deur die konsentrasies van PVA/glukose-oplossing en silwer ammoniakoplossing aan te pas. In die besonder het Ag/PVA/PP-vriesstof wat voorberei is met 30 mM silwer ammoniakoplossing die beste meganiese eienskappe getoon en uitstekende antibakteriese aktiwiteit teen E. coli behou, selfs na 40 wassiklusse, wat goeie anti-aangroeipotensiaal toon. PP-vriesstof. In vergelyking met ander literatuurdata het die stowwe wat deur ons verkry is met behulp van eenvoudiger metodes beter weerstand teen was getoon. Boonop het die gevolglike Ag/PVA/PP-vriesstof ideale vogdeurlaatbaarheid en drakomfort, wat die toepassing daarvan in industriële toepassings kan vergemaklik.
Sluit alle data in wat tydens hierdie studie verkry of geanaliseer is (en hul ondersteunende inligtingslêers).
Russell, SM et al. Biosensors om die COVID-19 sitokienstorm te bestry: uitdagings wat voorlê. ACS Sens. 5, 1506–1513 (2020).
Zaeem S, Chong JH, Shankaranarayanan V en Harkey A. COVID-19 en multi-orgaan reaksies. huidige. vraag. hart. 45, 100618 (2020).
Zhang R, et al. Ramings van die aantal koronavirusgevalle in 2019 in China word aangepas volgens stadium en endemiese streke. front. medicine. 14, 199–209 (2020).
Gao J. et al. Buigsame, superhidrofobiese en hoogs geleidende nie-geweefde polipropileenstof-saamgestelde materiaal vir elektromagnetiese interferensiebeskerming. Chemiese ingenieur. J. 364, 493–502 (2019).
Raihan M. et al. Ontwikkeling van multifunksionele poliakrilonitriel/silwer nanokomposietfilms: antibakteriese aktiwiteit, katalitiese aktiwiteit, geleidingsvermoë, UV-beskerming en aktiewe SERS-sensors. J. Matt. resource. technologies. 9, 9380–9394 (2020).
Dawadi S, Katuwal S, Gupta A, Lamichane U en Parajuli N. Huidige navorsing oor silwer nanopartikels: sintese, karakterisering en toepassings. J. Nanomaterials. 2021, 6687290 (2021).
Deng Da, Chen Zhi, Hu Yong, Ma Jian, Tong YDN 'n Eenvoudige proses vir die voorbereiding van silwer-gebaseerde geleidende ink en die aanwending daarvan op frekwensie-selektiewe oppervlaktes. Nanotechnology 31, 105705–105705 (2019).
Hao, Y. et al. Hipervertakte polimere maak die gebruik van silwer nanopartikels as stabiliseerders vir inkstraaldruk van buigsame stroombane moontlik. R. Shuker. Chemical. 43, 2797–2803 (2019).
Keller P en Kawasaki HJML Geleidende blaaraarnetwerke vervaardig deur selfsamestelling van silwer nanopartikels vir potensiële toepassings in buigsame sensors. Matt. Wright. 284, 128937.1-128937.4 (2020).
Li, J. et al. Silwer-nanopartikelversierde silika-nano-sfere en -skikkings as potensiële substrate vir oppervlakversterkte Raman-verstrooiing. ASU Omega 6, 32879–32887 (2021).
Liu, X. et al. Grootskaalse buigsame oppervlakversterkte Raman-verstrooiingsensor (SERS) met hoë seinstabiliteit en eenvormigheid. ACS Application Matt. Interfaces 12, 45332–45341 (2020).
Sandeep, KG et al. 'n Hiërargiese heterostruktuur van fullereen-nanostawe versier met silwer-nanopartikels (Ag-FNR's) dien as 'n effektiewe enkeldeeltjie-onafhanklike SERS-substraat. fisika. Chemies. Chemical. fisika. 27, 18873–18878 (2018).
Emam, HE en Ahmed, HB Vergelykende studie van homometaliese en heterometaliese agar-gebaseerde nanostrukture tydens kleurstof-gekataliseerde afbraak. internasionaliteit. J. Biol. Groot molekules. 138, 450–461 (2019).
Emam, HE, Mikhail, MM, El-Sherbiny, S., Nagy, KS en Ahmed, HB Metaalafhanklike nanokatalise vir die vermindering van aromatiese besoedelingstowwe. Woensdag. die wetenskap. besoedel. hulpbron. internasionaliteit. 27, 6459–6475 (2020).
Ahmed HB en Emam HE Drievoudige kern-dop (Ag-Au-Pd) nanostrukture gekweek van sade by kamertemperatuur vir potensiële watersuiwering. polimeer. toets. 89, 106720 (2020).
Plasingstyd: 26 Nov 2023