تحضير لفائف في الموقع من الأقمشة غير المنسوجة المضادة للميكروبات المحتوية على الفضة القابلة لإعادة التدوير والغسل

شكرًا لزيارتكم موقع Nature.com. إصدار المتصفح الذي تستخدمه يدعم CSS بشكل محدود. للحصول على أفضل النتائج، نوصي باستخدام إصدار أحدث من متصفحك (أو إيقاف وضع التوافق في Internet Explorer). في هذه الأثناء، ولضمان استمرار الدعم، نعرض الموقع بدون تنسيق أو جافا سكريبت.
اليوم، أصبحت الأقمشة الوظيفية ذات الخصائص المضادة للبكتيريا أكثر شيوعًا. ومع ذلك، لا يزال إنتاج أقمشة وظيفية اقتصادية ذات أداء متين وثابت يمثل تحديًا. استُخدم كحول البولي فينيل (PVA) لتعديل أقمشة البولي بروبيلين (PP) غير المنسوجة، ثم ترسبت جسيمات نانوية فضية (AgNPs) في الموقع لإنتاج بولي بروبيلين (PP) مُحمّل بجسيمات نانوية فضية مُعدّلة بـ PVA (يُشار إليها باسم AgNPs). يُساعد تغليف ألياف البولي بروبيلين باستخدام طلاء PVA على تحسين التصاق جسيمات النانو الفضية المُحمّلة بألياف البولي بروبيلين بشكل ملحوظ، كما تُظهر الأقمشة غير المنسوجة المحتوية على Ag/PVA/PP خصائص ميكانيكية مُحسّنة ومقاومة مُحسّنة لبكتيريا الإشريكية القولونية (E. coli). بشكل عام، تتميز الأقمشة غير المنسوجة المحتوية على Ag/PVA/PP، المُنتجة بتركيز 30 ملي مولار من أمونيا الفضة، بخصائص ميكانيكية أفضل، وتصل نسبة الحماية المضادة للبكتيريا ضد الإشريكية القولونية إلى 99.99%. يحتفظ القماش بنشاط مضاد للبكتيريا ممتاز بعد 40 غسلة، ويمكن استخدامه مرارًا وتكرارًا. علاوة على ذلك، يتمتع القماش غير المنسوج المصنوع من Ag/PVA/PP بآفاق استخدام واسعة في الصناعة بفضل نفاذيته الجيدة للهواء والرطوبة. كما طورنا تقنية اللفة إلى اللفة، وأجرينا دراسة أولية لاختبار جدوى هذه الطريقة.
مع تعمق العولمة الاقتصادية، زادت التحركات السكانية واسعة النطاق بشكل كبير من احتمالية انتقال الفيروسات، مما يفسر قدرة فيروس كورونا المستجد القوية على الانتشار حول العالم وصعوبة الوقاية منه1،2،3. في هذا السياق، ثمة حاجة ملحة لتطوير مواد جديدة مضادة للبكتيريا، مثل أقمشة البولي بروبيلين غير المنسوجة (PP)، كمواد وقائية طبية. تتميز أقمشة البولي بروبيلين غير المنسوجة بانخفاض كثافتها وخمولها الكيميائي وتكلفتها المنخفضة4، إلا أنها تفتقر إلى القدرة المضادة للبكتيريا وقصر عمرها الافتراضي وكفاءتها الوقائية المنخفضة. لذلك، من الأهمية بمكان إضفاء خصائص مضادة للبكتيريا على أقمشة البولي بروبيلين غير المنسوجة.
باعتبارها عاملًا قديمًا مضادًا للبكتيريا، مرّت الفضة بخمس مراحل من التطوير: محلول الفضة الغروية، وسلفاديازين الفضة، وملح الفضة، وبروتين الفضة، والفضة النانوية. وتُستخدم جسيمات الفضة النانوية بشكل متزايد في مجالات مثل الطب5،6، والتوصيل7،8،9، وتشتت رامان المُحسَّن على السطح10،11،12، والتحلل التحفيزي للأصباغ13،14،15،16، وغيرها. وتتميّز جسيمات الفضة النانوية (AgNPs) بمزايا تُضاهي العوامل المضادة للميكروبات التقليدية، مثل أملاح المعادن، ومركبات الأمونيوم الرباعية، والتريكلوسان، نظرًا لمقاومتها البكتيرية المطلوبة، وثباتها، وانخفاض تكلفتها، وتوافقها البيئي17،18،19. بالإضافة إلى ذلك، يُمكن ربط جسيمات الفضة النانوية ذات مساحة السطح النوعية الكبيرة والنشاط المضاد للبكتيريا العالي بأقمشة الصوف20، والقطن21،22، وأقمشة البوليستر، وغيرها من الأقمشة، لتحقيق إطلاق مُتحكّم ومستدام لجسيمات الفضة المضادة للبكتيريا23،24. هذا يعني أنه من خلال تغليف جسيمات النانو الفضية، يُمكن إنتاج أقمشة بولي بروبلين ذات نشاط مضاد للبكتيريا. ومع ذلك، تفتقر أقمشة البولي بروبلين غير المنسوجة إلى المجموعات الوظيفية وتتميز بانخفاض قطبيتها، مما لا يُساعد على تغليف جسيمات النانو الفضية. للتغلب على هذا العيب، حاول بعض الباحثين ترسيب جسيمات النانو الفضية على سطح أقمشة البولي بروبلين باستخدام طرق تعديل مُختلفة، بما في ذلك رش البلازما26،27، والتطعيم الإشعاعي28،29،30،31، وطلاء السطح32. على سبيل المثال، قدّم جولي وآخرون [33] طبقة بروتينية على سطح قماش البولي بروبلين غير المنسوج، حيث تعمل الأحماض الأمينية الموجودة على محيط طبقة البروتين كنقاط ارتكاز لربط جسيمات النانو الفضية، مما يُحقق خصائص مضادة للبكتيريا جيدة. وجد لي وزملاؤه (34) أن مركبي N-أيزوبروبيل أكريلاميد وN-(3-أمينوبروبيل) ميثاكريل أميد هيدروكلوريد، المُطعّمين معًا بالنقش بالأشعة فوق البنفسجية، أظهرا نشاطًا مضادًا للميكروبات قويًا، على الرغم من أن عملية النقش بالأشعة فوق البنفسجية معقدة وقد تُؤدي إلى تدهور الخواص الميكانيكية. حضّر أولياني وزملاؤه أغشية هلامية من جزيئات نانوية فضية وبولي بروبيلين ذات نشاط مضاد للميكروبات ممتاز، وذلك عن طريق المعالجة المسبقة لبولي بروبيلين النقي بأشعة جاما؛ إلا أن طريقتهم كانت معقدة أيضًا. وبالتالي، لا يزال إنتاج أقمشة غير منسوجة من البولي بروبيلين قابلة لإعادة التدوير بكفاءة وسهولة، ذات النشاط المضاد للميكروبات المطلوب، يمثل تحديًا.
في هذه الدراسة، استُخدم كحول البولي فينيل، وهو مادة غشائية صديقة للبيئة ومنخفضة التكلفة، تتميز بقدرة جيدة على تكوين الأغشية، وحبها للماء، وثباتها الفيزيائي والكيميائي الممتاز، لتعديل أقمشة البولي بروبيلين. استُخدم الجلوكوز كعامل اختزال36. تُعزز زيادة الطاقة السطحية للبولي بروبيلين المعدل الترسيب الانتقائي لجسيمات النانو الفضية. بالمقارنة مع قماش البولي بروبيلين النقي، أظهر قماش Ag/PVA/PP المُحضر قابلية جيدة لإعادة التدوير، ونشاطًا مضادًا للبكتيريا ممتازًا ضد الإشريكية القولونية، وخصائص ميكانيكية جيدة حتى بعد 40 دورة غسيل، ونفاذية عالية للتهوية والرطوبة.
تم توفير قماش البولي بروبيلين غير المنسوج بكثافة نوعية 25 جم/م2 وسمك 0.18 مم من شركة Jiyuan Kang'an Sanitary Materials Co., Ltd. (Jiyuan, China) وتم تقطيعه إلى صفائح بقياس 5 × 5 سم2. تم شراء نترات الفضة (99.8٪؛ AR) من شركة Xilong Scientific Co., Ltd. (Shantou, China). تم شراء الجلوكوز من شركة Fuzhou Neptune Fuyao Pharmaceutical Co., Ltd. (Fuzhou, China). تم شراء كحول البولي فينيل (كاشف صناعي) من مصنع Tianjin Sitong Chemical Factory (Tianjin, China). تم استخدام الماء منزوع الأيونات كمذيب أو شطف وتم تحضيره في مختبرنا. تم شراء أجار المغذيات والمرق من شركة Beijing Aoboxing Biotechnology Co., Ltd. (Beijing, China). تم شراء سلالة E. coli (ATCC 25922) من شركة Zhangzhou Bochuang (Zhangzhou, China).
غُسل نسيج البولي بروبيلين الناتج بالموجات فوق الصوتية في الإيثانول لمدة 15 دقيقة. أُضيف PVA الناتج إلى الماء وسُخّن عند درجة حرارة 95 درجة مئوية لمدة ساعتين للحصول على محلول مائي. ثم أُذيب الجلوكوز في 10 مل من محلول PVA بنسبة كتلة 0.1%، 0.5%، 1%، و1.5%. غُمر نسيج البولي بروبيلين غير المنسوج المُنقّى في محلول PVA/جلوكوز وسُخّن عند درجة حرارة 60 درجة مئوية لمدة ساعة. بعد انتهاء التسخين، أُزيل النسيج غير المنسوج المُشبّع بـ PP من محلول PVA/جلوكوز وجُفّف عند درجة حرارة 60 درجة مئوية لمدة نصف ساعة لتكوين طبقة رقيقة من PVA على سطح النسيج، وبالتالي الحصول على نسيج مُركّب من PVA/PP.
يُذاب نترات الفضة في 10 مل من الماء مع التحريك المستمر في درجة حرارة الغرفة، ثم تُضاف الأمونيا قطرةً قطرةً حتى يتحول لون المحلول من شفاف إلى بني، ثم يُعاد إلى شفافيته للحصول على محلول أمونيا الفضة (5-90 ملي مولار). يُوضع قماش غير منسوج من PVA/PP في محلول أمونيا الفضة، ويُسخّن عند 60 درجة مئوية لمدة ساعة لتكوين جسيمات نانوية من الفضة على سطح القماش، ثم يُشطف بالماء ثلاث مرات ويُجفف عند 60 درجة مئوية لمدة نصف ساعة للحصول على قماش مُركّب من Ag/PVA/PP.
بعد تجارب أولية، قمنا ببناء معدات لفافة إلى لفافة في المختبر لإنتاج أقمشة مركبة على نطاق واسع. صُنعت الأسطوانات من مادة PTFE لتجنب التفاعلات الضارة والتلوث. خلال هذه العملية، يمكن التحكم في وقت التشريب وكمية المحلول الممتص عن طريق ضبط سرعة الأسطوانات والمسافة بينها للحصول على النسيج المركب المطلوب من Ag/PVA/PP.
دُرست مورفولوجيا سطح الأنسجة باستخدام مجهر مسح إلكتروني VEGA3 (SEM؛ Japan Electronics، اليابان) عند جهد تسريع 5 كيلو فولت. حُللت البنية البلورية لجسيمات الفضة النانوية بواسطة حيود الأشعة السينية (XRD؛ Bruker, D8 Advanced، ألمانيا؛ إشعاع Cu Kα، λ = 0.15418 نانومتر؛ الجهد: 40 كيلو فولت، التيار: 40 مللي أمبير) في نطاق 10-80 درجة. 2θ. استُخدم مطياف الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (ATR-FTIR؛ Nicolet 170sx، Thermo Fisher Scientific Incorporation) لتحليل الخصائص الكيميائية لنسيج البولي بروبيلين المُعدّل سطحيًا. قُيّس محتوى مُعدّل PVA في الأقمشة المركبة Ag/PVA/PP بواسطة التحليل الوزني الحراري (TGA؛ Mettler Toledo، سويسرا) تحت تيار من النيتروجين. تم استخدام مطيافية الكتلة البلازمية المقترنة بالحث (ICP-MS، ELAN DRC II، Perkin-Elmer (Hong Kong) Co., Ltd.) لتحديد محتوى الفضة في الأقمشة المركبة Ag/PVA/PP.
تم قياس نفاذية الهواء ومعدل انتقال بخار الماء لنسيج مركب Ag/PVA/PP (المواصفات: 78×50 سم²) بواسطة جهة اختبار خارجية (شركة تيانفانغبياو المحدودة لشهادات واختبارات المعايير) وفقًا للمعيارين GB/T. 5453-1997 وGB/T 12704.2-2009. لكل عينة، يتم اختيار عشر نقاط مختلفة للاختبار، والبيانات المقدمة من الجهة هي متوسط ​​النقاط العشر.
تم قياس النشاط المضاد للبكتيريا لنسيج مركب Ag/PVA/PP وفقًا للمعايير الصينية GB/T 20944.1-2007 وGB/T 20944.3-، على التوالي، في عام 2008. وحُدد النشاط المضاد للبكتيريا لنسيج مركب Ag/PVA/PP ضد بكتيريا الإشريكية القولونية في أوقات غسل مختلفة. لطريقة انتشار الأجار، يُثقب نسيج مركب Ag/PVA/PP الاختباري في قرص (قطره 8 مم) باستخدام مثقب، ويُثبت في طبق بتري من الأجار مُلقح ببكتيريا الإشريكية القولونية (ATCC 25922)؛ 3.4 × 108 وحدة تشكيل مستعمرة (مل-1)، ثم يُحضن عند درجة حرارة 37 درجة مئوية ورطوبة نسبية 56% لمدة 24 ساعة تقريبًا. تم تحليل منطقة التثبيط عموديًا من مركز القرص إلى المحيط الداخلي للمستعمرات المحيطة. باستخدام طريقة قارورة الهز، تم تحضير صفيحة مسطحة 2 × 2 سم2 من نسيج مركب Ag/PVA/PP المختبر، وتم تعقيمها في بيئة مرق عند درجة حرارة 121 درجة مئوية وضغط 0.1 ميجا باسكال لمدة 30 دقيقة. بعد التعقيم، غُمرت العينة في قارورة إرلنماير سعة 5 مل تحتوي على 70 مل من محلول زراعة المرق (تركيز المعلق 1 × 105–4 × 105 وحدة تشكيل مستعمرة/مل)، ثم حُضنت عند درجة حرارة متذبذبة 150 درجة مئوية. دورة في الدقيقة و25 درجة مئوية لمدة 18 ساعة. بعد الهز، اجمع كمية معينة من المعلق البكتيري وخففها عشرة أضعاف. اجمع الكمية المطلوبة من المعلق البكتيري المخفف، وانشرها على وسط أجار، وازرعها عند درجة حرارة 37 درجة مئوية ورطوبة نسبية 56% لمدة 24 ساعة. صيغة حساب فعالية مضادات البكتيريا هي: (c-A) = 100%، حيث C وA هما عدد المستعمرات بعد 24 ساعة، على التوالي. زُرعت في المجموعة الضابطة وفي نسيج مركب من Ag/PVA/PP.
تم تقييم متانة الأقمشة المركبة المصنوعة من Ag/PVA/PP بالغسل وفقًا للمعيار ISO 105-C10:2006.1A. أثناء الغسيل، غُمِر نسيج Ag/PVA/PP المركب (30×40 مم²) في محلول مائي يحتوي على منظف تجاري (5.0 جم/لتر)، ثم غُسل بسرعة عالية 40±2 دورة في الدقيقة و40±5 دورة في الدقيقة. في دورات 10، 20، 30، 40 و50 درجة مئوية. بعد الغسيل، يُشطف القماش ثلاث مرات بالماء ويُجفف على درجة حرارة 50-60 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة. تم قياس التغير في محتوى الفضة بعد الغسيل لتحديد درجة فعاليته المضادة للبكتيريا.
يوضح الشكل 1 الرسم التخطيطي لتصنيع نسيج مركب من Ag/PVA/PP. أي أن مادة PP غير المنسوجة مغمورة في محلول مختلط من PVA والجلوكوز. يتم تجفيف المادة غير المنسوجة المشبعة بـ PP لتثبيت المُعدِّل وعامل الاختزال لتشكيل طبقة مانعة للتسرب. يتم غمر نسيج البولي بروبيلين غير المنسوج المجفف في محلول أمونيا الفضة لترسيب جسيمات النانو الفضية في الموقع. يؤثر تركيز المُعدِّل والنسبة المولية للجلوكوز إلى أمونيا الفضة وتركيز أمونيا الفضة ودرجة حرارة التفاعل على ترسيب جسيمات النانو الفضية. عوامل مهمة. يوضح الشكل 2أ اعتماد زاوية تلامس الماء لنسيج Ag/PVA/PP على تركيز المُعدِّل. عندما يزيد تركيز المُعدِّل من 0.5٪ إلى 1.0٪، تقل زاوية تلامس نسيج Ag/PVA/PP بشكل كبير؛ عندما يزيد تركيز المُعدِّل من 1.0% بالوزن إلى 2.0% بالوزن، فإنه لا يتغير عمليًا. يوضح الشكل 2 ب صور المجهر الإلكتروني الماسح لألياف PP النقية وأقمشة Ag/PVA/PP المُحضرة بتركيز 50 ملي مولار من أمونيا الفضة ونسب مولارية مختلفة من الجلوكوز إلى أمونيا الفضة (1:1، 3:1، 5:1، و9:1). . الصورة. ). ألياف PP الناتجة ناعمة نسبيًا. بعد التغليف بغشاء PVA، يتم لصق بعض الألياف معًا؛ بسبب ترسب الجسيمات النانوية الفضية، تصبح الألياف خشنة نسبيًا. مع زيادة النسبة المولية لعامل الاختزال إلى الجلوكوز، تزداد سماكة الطبقة المترسبة من جسيمات النانو الفضية تدريجيًا، ومع زيادة النسبة المولية إلى 5:1 و9:1، تميل جسيمات النانو الفضية إلى تكوين تكتلات. تصبح الصور العيانية والمجهرية لألياف PP أكثر اتساقًا، خاصةً عندما تكون النسبة المولية لعامل الاختزال إلى الجلوكوز 5:1. تظهر الصور الرقمية للعينات المقابلة التي تم الحصول عليها عند 50 مليمول من الأمونيا الفضية في الشكل S1.
تغيرات في زاوية تلامس الماء لنسيج Ag/PVA/PP عند تركيزات مختلفة من PVA (أ)، صور مجهر المسح الإلكتروني لنسيج Ag/PVA/PP تم الحصول عليها عند تركيز أمونيا الفضة 50 ملي مولار ونسب مولارية مختلفة من الجلوكوز وأمونيا الفضة [(ب)))؛ (1) ألياف PP، (2) ألياف PVA/PP، (3) النسبة المولية 1:1، (4) النسبة المولية 3:1، (5) النسبة المولية 5:1، (6) النسبة المولية 9:1]، نمط حيود الأشعة السينية (ج) وصورة مجهر المسح الإلكتروني (د) لنسيج Ag/PVA/PP تم الحصول عليها عند تركيزات أمونيا الفضة: (1) 5 ملي مولار، (2) 10 ملي مولار، (3) 30 ملي مولار، (4) 50 ملي مولار، (5) 90 ملي مولار، و(6) Ag/PP-30 ملي مولار. درجة حرارة التفاعل 60 درجة مئوية.
في الشكل 2ج، يُظهر نمط حيود الأشعة السينية لنسيج الفضة/PVA/PP الناتج. بالإضافة إلى ذروة حيود ليف PP 37، تتوافق أربع قمم حيود عند 2θ = ∼ 37.8 درجة، 44.2 درجة، 64.1 درجة، و77.3 درجة مع (1 1 1)، (2 0 0)، (2 2 0)، المستوى البلوري (3 1 1) لجسيمات نانوية فضية مكعبة مركزها الوجه. مع زيادة تركيز أمونيا الفضة من 5 إلى 90 ملي مولار، تصبح أنماط حيود الأشعة السينية لـ Ag أكثر وضوحًا، مما يتوافق مع زيادة لاحقة في التبلور. وفقًا لصيغة شيرر، تم حساب أحجام حبيبات جسيمات النانو الفضية المحضرة باستخدام 10 ملي مولار و30 ملي مولار و50 ملي مولار من أمونيا الفضة لتكون 21.3 نانومتر و23.3 نانومتر و26.5 نانومتر على التوالي. وذلك لأن تركيز أمونيا الفضة هو القوة الدافعة وراء تفاعل الاختزال لتكوين الفضة المعدنية. مع زيادة تركيز أمونيا الفضة، يزداد معدل التنوي ونمو جسيمات النانو الفضية. يوضح الشكل 2د صور المجهر الإلكتروني الماسح لأقمشة Ag/PVA/PP التي تم الحصول عليها عند تركيزات مختلفة من أمونيا الفضة. عند تركيز أمونيا الفضة البالغ 30 ملي مولار، تكون الطبقة المترسبة من جسيمات النانو الفضية متجانسة نسبيًا. ومع ذلك، عندما يكون تركيز أمونيا الفضة مرتفعًا جدًا، يميل تجانس طبقة ترسيب جسيمات النانو الفضية إلى الانخفاض، والذي قد يكون بسبب التكتل القوي في طبقة ترسيب جسيمات النانو الفضية. بالإضافة إلى ذلك، تتخذ جسيمات الفضة النانوية على السطح شكلين: كروي ومتقشر. يتراوح حجم الجسيم الكروي بين 20 و80 نانومتر تقريبًا، بينما يتراوح حجمه الجانبي الصفائحي بين 100 و300 نانومتر تقريبًا (الشكل S2). طبقة ترسيب جسيمات الفضة النانوية على سطح نسيج البولي بروبيلين غير المعدل غير متساوية. كما أن زيادة درجة الحرارة تعزز اختزال جسيمات الفضة النانوية (الشكل S3)، إلا أن ارتفاع درجة حرارة التفاعل بشكل مفرط لا يعزز الترسيب الانتقائي لجسيمات الفضة النانوية.
يوضح الشكل 3أ بشكل تخطيطي العلاقة بين تركيز أمونيا الفضة، وكمية الفضة المترسبة، والنشاط المضاد للبكتيريا في نسيج Ag/PVA/PP المُحضر. يوضح الشكل 3ب الأنماط المضادة للبكتيريا للعينات عند تركيزات مختلفة من أمونيا الفضة، والتي يمكن أن تعكس بشكل مباشر الحالة المضادة للبكتيريا للعينات. عندما زاد تركيز أمونيا الفضة من 5 ملي مولار إلى 90 ملي مولار، زادت كمية ترسب الفضة من 13.67 غ/كغ إلى 481.81 غ/كغ. بالإضافة إلى ذلك، مع زيادة كمية ترسب الفضة، يزداد النشاط المضاد للبكتيريا ضد الإشريكية القولونية في البداية ثم يبقى عند مستوى مرتفع. على وجه التحديد، عندما يكون تركيز أمونيا الفضة 30 ملي مولار، تكون كمية الفضة المترسبة في نسيج Ag/PVA/PP الناتج 67.62 غ/كغ، ومعدل مضاد للبكتيريا 99.99%. واختر هذه العينة كممثل للتوصيف الهيكلي اللاحق.
(أ) العلاقة بين مستوى النشاط المضاد للبكتيريا وكمية طبقة الفضة المُضافة وتركيز أمونيا الفضة؛ (ب) صورٌ لأطباق زراعة البكتيريا، مُلتقطة بكاميرا رقمية، تُظهر عينات فارغة وعينات مُحضرة باستخدام تركيزات 5 ملي مولار، 10 ملي مولار، 30 ملي مولار، 50 ملي مولار، و90 ملي مولار من أمونيا الفضة. النشاط المضاد للبكتيريا لنسيج الفضة/PVA/PP ضد الإشريكية القولونية.
يوضح الشكل 4أ أطياف FTIR/ATR لألياف PP، وPVA/PP، وAg/PP، وAg/PVA/PP. تُعزى نطاقات الامتصاص لألياف PP النقية عند 2950 سم-1 و2916 سم-1 إلى اهتزاز التمدد غير المتماثل لمجموعتي -CH3 و-CH2-، بينما تُعزى عند 2867 سم-1 و2837 سم-1 إلى اهتزاز التمدد المتماثل لمجموعتي -CH3 و-CH2-. تُعزى نطاقات الامتصاص عند 1375 سم-1 و1456 سم-1 إلى اهتزازات الإزاحة غير المتماثلة والمتماثلة لـ -CH338.39. يُشبه طيف FTIR لألياف Ag/PP طيف ألياف PP. بالإضافة إلى نطاق امتصاص مادة البولي بروبيلين، تُعزى ذروة الامتصاص الجديدة عند 3360 سم-1 لأقمشة PVA/PP وAg/PVA/PP إلى تمدد الرابطة الهيدروجينية لمجموعة -OH. يُظهر هذا نجاح تطبيق PVA على سطح ألياف البولي بروبيلين. إضافةً إلى ذلك، فإن ذروة امتصاص الهيدروكسيل في أقمشة Ag/PVA/PP أضعف قليلاً من نظيرتها في أقمشة PVA/PP، وقد يعود ذلك إلى تناسق بعض مجموعات الهيدروكسيل مع الفضة.
طيف FT-IR (أ)، ومنحنى TGA (ب)، وطيف قياس XPS (ج) من PP النقي، وقماش PVA/PP وقماش Ag/PVA/PP، وطيف C1s من PP النقي (د)، وقماش PVA/PP PP (هـ)، وذروة Ag 3d (و) من قماش Ag/PVA/PP.
في الشكل 4ج، يُظهر الشكل أطياف XPS لأقمشة PP، وPVA/PP، وAg/PVA/PP. يُمكن أن تُعزى إشارة O 1s الضعيفة لألياف البولي بروبيلين النقية إلى عنصر الأكسجين المُمتَزّ على السطح؛ بينما تُعزى ذروة C 1s عند 284.6 إلكترون فولت إلى CH وCC (انظر الشكل 4د). بالمقارنة مع ألياف PP النقية، يُظهر نسيج PVA/PP (الشكل 4هـ) أداءً عاليًا عند 284.6 إلكترون فولت (C–C/C–H)، و285.6 إلكترون فولت (C–O–H)، و284.6 إلكترون فولت (C–C/C–H)، و285.6 إلكترون فولت (C–O–H)، و288.5 إلكترون فولت (H–C=O)38. بالإضافة إلى ذلك، يُمكن تقريب طيف الأكسجين في نسيج PVA/PP من خلال ذروتين عند 532.3 إلكترون فولت و533.2 إلكترون فولت41 (الشكل S4). تتوافق ذروات C1s هذه مع C–OH وH–C=O (مجموعات الهيدروكسيل في PVA ومجموعة ألدهيد الجلوكوز)، وهو ما يتوافق مع بيانات FTIR. يحتفظ النسيج غير المنسوج Ag/PVA/PP بطيف الأكسجين في C–OH (532.3 إلكترون فولت) وHC=O (533.2 إلكترون فولت) (الشكل S5)، والذي يتكون من 65.81% (نسبة مئوية ذرية) من الكربون، و22.89% من الأكسجين، و11.31% من الفضة (الشكل S4). على وجه الخصوص، تثبت ذروات Ag 3d5/2 و Ag 3d3/2 عند 368.2 إلكترون فولت و 374.2 إلكترون فولت (الشكل 4f) أن جسيمات النانو الفضية مشبعة على سطح القماش غير المنسوج PVA/PP42.
تُظهر منحنيات TGA (الشكل 4ب) لألياف PP النقية، ونسيج Ag/PP، ونسيج Ag/PVA/PP أنها تخضع لعمليات تحلل حراري متشابهة، وأن ترسب جسيمات النانو الفضية يؤدي إلى زيادة طفيفة في درجة حرارة التحلل الحراري لألياف PP (ألياف PVA/PP) (من 480 درجة مئوية (ألياف PP) إلى 495 درجة مئوية)، ربما بسبب تكوين حاجز Ag43. في الوقت نفسه، بلغت الكميات المتبقية من العينات النقية من PP، وAg/PP، وAg/PVA/PP، وAg/PVA/PP-W50، وAg/PP-W50 بعد التسخين عند درجة حرارة 800 درجة مئوية 1.32%، و16.26%، و13.86% على التوالي (9.88%، و2.12% على التوالي (اللاحقة W50 هنا تشير إلى 50 دورة غسيل). يُعزى ما تبقى من البولي بروبيلين النقي إلى الشوائب، بينما يُعزى ما تبقى من العينات إلى جسيمات نانوية فضية، ويُرجّح أن يكون الفرق في الكمية المتبقية من العينات المحملة بالفضة ناتجًا عن اختلاف كميات جسيمات الفضة النانوية المحملة عليها. بالإضافة إلى ذلك، بعد غسل نسيج الفضة/البولي بروبيلين 50 مرة، انخفض محتوى الفضة المتبقي بنسبة 94.65%، وانخفض محتوى الفضة المتبقي في نسيج الفضة/بولي فينيل كلوريد/بولي بروبيلين بنحو 31.74%. يُظهر هذا أن طلاء تغليف PVA يُمكن أن يُحسّن بشكل فعال التصاق جسيمات الفضة النانوية بمصفوفة البولي بروبيلين.
لتقييم راحة الارتداء، تم قياس نفاذية الهواء ومعدل انتقال بخار الماء لنسيج البولي بروبيلين المُجهز. وبشكل عام، ترتبط قابلية التنفس بالراحة الحرارية للمستخدم، وخاصةً في البيئات الحارة والرطبة44. وكما هو موضح في الشكل 5أ، تبلغ نفاذية الهواء للبولي بروبيلين النقي 2050 مم/ثانية، وتنخفض إلى 856 مم/ثانية بعد تعديل بولي فينيل كلوريد (PVA). ويرجع ذلك إلى أن طبقة PVA المتكونة على سطح ألياف البولي بروبيلين والجزء المنسوج تساعد على تقليل الفجوات بين الألياف. وبعد تطبيق جسيمات النانو الفضية (Ag NPs)، تزداد نفاذية الهواء لنسيج البولي بروبيلين نتيجة استهلاك طلاء PVA عند تطبيق جسيمات النانو الفضية. بالإضافة إلى ذلك، تميل قابلية التنفس لأقمشة Ag/PVA/PP إلى الانخفاض مع زيادة تركيز أمونيا الفضة من 10 إلى 50 ملي مول. وقد يعود ذلك إلى أن سمك رواسب الفضة يزداد مع زيادة تركيز أمونيا الفضة، مما يساعد على تقليل عدد المسام واحتمالية مرور بخار الماء من خلالها.
(أ) نفاذية الهواء لأقمشة Ag/PVA/PP المحضرة بتركيزات مختلفة من الأمونيا الفضية؛ (ب) انتقال بخار الماء لأقمشة Ag/PVA/PP المحضرة بتركيزات مختلفة من الأمونيا الفضية؛ (ج) معدلات مختلفة منحنى الشد لأقمشة Ag/PVA/PP التي تم الحصول عليها عند تركيزات مختلفة؛ (د) منحنى الشد لأقمشة Ag/PVA/PP التي تم الحصول عليها عند تركيزات مختلفة من الأمونيا الفضية (كما يظهر نسيج Ag/PVA/PP الذي تم الحصول عليه عند تركيز 30 ملي مولار من الأمونيا الفضية) (قارن منحنيات الشد لأقمشة PP بعد 40 دورة غسيل).
معدل انتقال بخار الماء هو مؤشر مهم آخر على الراحة الحرارية للنسيج45. اتضح أن نفاذية الرطوبة للأقمشة تتأثر بشكل رئيسي بالتهوية وخصائص السطح. أي أن نفاذية الهواء تعتمد بشكل رئيسي على عدد المسام؛ تؤثر خصائص السطح على نفاذية رطوبة المجموعات المحبة للماء من خلال الامتزاز والانتشار والامتصاص لجزيئات الماء. كما هو موضح في الشكل 5ب، تبلغ نفاذية الرطوبة لألياف البولي بروبيلين النقية 4810 جم/م2 · 24 ساعة. بعد الختم بطبقة PVA، ينخفض ​​عدد الثقوب في ألياف البولي بروبيلين، لكن نفاذية الرطوبة في نسيج PVA/PP تزداد إلى 5070 جم/م2 · 24 ساعة، لأن نفاذية الرطوبة تتحدد بشكل رئيسي بخصائص السطح وليس المسام. بعد ترسب جسيمات النانو الفضية، زادت نفاذية الرطوبة لنسيج Ag/PVA/PP بشكل أكبر. على وجه الخصوص، تبلغ أقصى نفاذية للرطوبة لأقمشة Ag/PVA/PP المُحصّلة عند تركيز أمونيا الفضة 30 ملي مولار 10300 غ/م2·24 ساعة. في الوقت نفسه، قد يرتبط اختلاف نفاذية الرطوبة لأقمشة Ag/PVA/PP المُحصّلة عند تركيزات مختلفة من أمونيا الفضة باختلاف سمك طبقة ترسب الفضة وعدد مسامها.
تؤثر الخصائص الميكانيكية للأقمشة بشكل كبير على مدة خدمتها، خاصةً كمواد قابلة لإعادة التدوير46. يوضح الشكل 5ج منحنى إجهاد الشد لنسيج Ag/PVA/PP. تبلغ قوة شد نسيج PP النقي 2.23 ميجا باسكال فقط، بينما تزداد قوة شد نسيج PVA/PP بنسبة وزنية 1% بشكل ملحوظ إلى 4.56 ميجا باسكال، مما يشير إلى أن تغليف نسيج PVA/PP يُحسّن خصائصه الميكانيكية بشكل ملحوظ. تزداد قوة الشد والاستطالة عند كسر نسيج PVA/PP بزيادة تركيز مُعدّل PVA، لأن غشاء PVA قادر على كسر الإجهاد وتقوية ألياف PP. ومع ذلك، عندما يزيد تركيز المُعدّل إلى 1.5%، يُصبح نسيج PVA اللزج قاسيًا، مما يؤثر سلبًا على راحة الارتداء.
بالمقارنة مع أقمشة PP النقية وPVA/PP، تتحسن قوة الشد والاستطالة عند الكسر في أقمشة Ag/PVA/PP بشكل أكبر بفضل توزيع جسيمات النانو الفضية بالتساوي على سطح ألياف PP، مما يسمح بتوزيع الحمل 47،48. يتضح أن قوة الشد لألياف Ag/PP أعلى من قوة الشد في PP النقية، حيث تصل إلى 3.36 ميجا باسكال (الشكل 5د)، مما يؤكد التأثير القوي والمقوي لجسيمات النانو الفضية. وبشكل خاص، يُظهر نسيج Ag/PVA/PP المُنتج بتركيز 30 ملي مولار من أمونيا الفضة (بدلاً من 50 ملي مولار) أقصى قوة شد واستطالة عند الكسر، ويعود ذلك أيضًا إلى الترسيب المنتظم لجسيمات النانو الفضية، بالإضافة إلى الترسيب المنتظم. تجميع جسيمات النانو الفضية في ظل ظروف تركيز عالٍ من أمونيا الفضة. بالإضافة إلى ذلك، بعد 40 دورة غسيل، انخفضت قوة الشد والاستطالة عند كسر نسيج Ag/PVA/PP المحضر عند تركيز 30 مليمول من الأمونيا الفضية بنسبة 32.7٪ و 26.8٪ على التوالي (الشكل 5د)، وهو ما قد يرتبط بفقدان صغير لجزيئات النانو الفضية المترسبة بعد ذلك.
يوضح الشكلان 6أ و ب صورًا التقطتها كاميرا رقمية لنسيج Ag/PVA/PP ونسيج Ag/PP بعد الغسيل لمدة 0 و10 و20 و30 و40 و50 دورة عند تركيز 30 ملي مولار من أمونيا الفضة. يتحول نسيج Ag/PVA/PP الرمادي الداكن وقماش Ag/PP تدريجيًا إلى اللون الرمادي الفاتح بعد الغسيل؛ ولا يبدو أن تغير لون الأول أثناء الغسيل خطيرًا مثل تغير لون الثاني. بالإضافة إلى ذلك، وبالمقارنة مع نسيج Ag/PP، انخفض محتوى الفضة في نسيج Ag/PVA/PP ببطء نسبيًا بعد الغسيل؛ فبعد الغسيل 20 مرة أو أكثر، احتفظ الأول بمحتوى فضة أعلى من الأخير (الشكل 6ج). يشير هذا إلى أن تغليف ألياف PP بطبقة PVA يمكن أن يحسن بشكل كبير من التصاق جسيمات النانو الفضية بألياف PP. يوضح الشكل 6د صور المجهر الإلكتروني الماسح لنسيج Ag/PVA/PP وقماش Ag/PP بعد الغسيل لمدة 10 و40 و50 دورة. تتعرض أقمشة Ag/PVA/PP لخسارة أقل لجسيمات النانو الفضية أثناء الغسيل مقارنة بأقمشة Ag/PP، ويرجع ذلك مرة أخرى إلى أن طلاء تغليف PVA يساعد على تحسين التصاق جسيمات النانو الفضية بألياف PP.
(أ) صور فوتوغرافية لأقمشة Ag/PP مأخوذة بكاميرا رقمية (ملتقطة بتركيز 30 ملي مولار من أمونيا الفضة) بعد الغسيل لمدة 0، 10، 20، 30، 40 و50 دورة (1-6)؛ (ب) صور فوتوغرافية لأقمشة Ag/PVA/PP مأخوذة بكاميرا رقمية (ملتقطة بتركيز 30 ملي مولار من أمونيا الفضة) بعد الغسيل لمدة 0، 10، 20، 30، 40 و50 دورة (1-6)؛ (ج) التغيرات في محتوى الفضة في القماشين عبر دورات الغسيل؛ (د) صور مجهر المسح الإلكتروني لأقمشة Ag/PVA/PP (1-3) وقماش Ag/PP (4-6) بعد 10، 40 و50 دورة غسيل.
يوضح الشكل 7 النشاط المضاد للبكتيريا وصور الكاميرا الرقمية لأقمشة Ag/PVA/PP ضد بكتيريا الإشريكية القولونية بعد 10 و20 و30 و40 دورة غسل. بعد 10 و20 غسلة، حافظت أقمشة Ag/PVA/PP على أدائها المضاد للبكتيريا عند 99.99% و99.93% على التوالي، مما يدل على نشاط مضاد للبكتيريا ممتاز. انخفض مستوى مقاومة أقمشة Ag/PVA/PP للبكتيريا بشكل طفيف بعد 30 و40 غسلة، ويعزى ذلك إلى فقدان جسيمات النانو الفضية (AgNPs) بعد الغسيل لفترات طويلة. ومع ذلك، فإن معدل مقاومة أقمشة Ag/PP للبكتيريا بعد 40 غسلة هو 80.16% فقط. من الواضح أن التأثير المضاد للبكتيريا لأقمشة Ag/PP بعد 40 دورة غسلة أقل بكثير من تأثير أقمشة Ag/PVA/PP.
(أ) مستوى النشاط المضاد للبكتيريا ضد الإشريكية القولونية. (ب) للمقارنة، تظهر أيضًا صور نسيج Ag/PVA/PP الملتقطة بكاميرا رقمية بعد غسل نسيج Ag/PP عند تركيز 30 مليمول من الأمونيا الفضية لمدة 10 و20 و30 و40 و40 دورة.
في الشكل 8، يُظهر الشكل تخطيطيًا عملية تصنيع قماش واسع النطاق من الفضة/PVA/PP باستخدام عملية لفّ على مرحلتين. أي، يُنقع محلول PVA/الجلوكوز في إطار اللفة لفترة زمنية محددة، ثم يُستخرج، ثم يُشرب بمحلول أمونيا الفضة بنفس الطريقة للحصول على قماش Ag/PVA/PP. (الشكل 8أ). يحتفظ قماش Ag/PVA/PP الناتج بنشاط مضاد للبكتيريا ممتاز حتى بعد مرور عام واحد. لتحضير أقمشة الفضة/PVA/PP على نطاق واسع، تُشرب الأقمشة غير المنسوجة من البولي بروبلين الناتجة بعملية لفّ مستمرة، ثم تُمرّر عبر محلول PVA/الجلوكوز ومحلول أمونيا الفضة بالتتابع وتُعالَج. الطريقتان مُرفقتان. الفيديوهات مُرفقة. يتم التحكم في زمن التشريب بضبط سرعة الأسطوانة، ويتم التحكم في كمية المحلول الممتص بضبط المسافة بين الأسطوانتين (الشكل 8ب)، مما يؤدي إلى الحصول على قماش غير منسوج كبير الحجم (50 سم × 80 سم) من Ag/PVA/PP، بالإضافة إلى بكرة تجميع. العملية بأكملها بسيطة وفعالة، مما يُسهّل الإنتاج على نطاق واسع.
مخطط تخطيطي لإنتاج المنتجات المستهدفة كبيرة الحجم (أ) ومخطط تخطيطي لعملية اللف لإنتاج المواد غير المنسوجة Ag/PVA/PP (ب).
تُنتج الأقمشة غير المنسوجة المحتوية على الفضة من PVA/PP باستخدام تقنية ترسيب الطور السائل البسيطة في الموقع، بالإضافة إلى عملية اللف من لفة إلى لفة. وبالمقارنة مع أقمشة PP وPVA/PP، تتحسن الخواص الميكانيكية للأقمشة غير المنسوجة المحتوية على الفضة من Ag/PVA/PP بشكل ملحوظ، لأن طبقة الختم PVA تُحسّن التصاق جسيمات الفضة النانوية بألياف PP بشكل ملحوظ. بالإضافة إلى ذلك، يُمكن التحكم جيدًا في كمية PVA ومحتوى جسيمات الفضة النانوية في الأقمشة غير المنسوجة المحتوية على الفضة من Ag/PVA/PP عن طريق ضبط تركيزات محلول PVA/الجلوكوز ومحلول أمونيا الفضة. وبشكل خاص، أظهرت الأقمشة غير المنسوجة المحتوية على الفضة من Ag/PVA/PP، المُحضرة باستخدام محلول أمونيا الفضة بتركيز 30 ملي مولار، أفضل الخواص الميكانيكية، واحتفظت بنشاط مضاد للبكتيريا ممتاز ضد الإشريكية القولونية حتى بعد 40 دورة غسيل، مما يُظهر قدرة جيدة على مقاومة الأوساخ. مادة PP غير منسوجة. وبالمقارنة مع بيانات أخرى في المراجع، أظهرت الأقمشة التي حصلنا عليها باستخدام طرق أبسط مقاومة أفضل للغسيل. بالإضافة إلى ذلك، فإن القماش غير المنسوج الناتج من Ag/PVA/PP يتميز بنفاذية مثالية للرطوبة وراحة الارتداء، مما يسهل استخدامه في التطبيقات الصناعية.
قم بتضمين جميع البيانات التي تم الحصول عليها أو تحليلها أثناء هذه الدراسة (وملفات المعلومات الداعمة لها).
راسل، س.م. وآخرون. المستشعرات الحيوية لمكافحة عاصفة السيتوكين في كوفيد-19: التحديات المستقبلية. مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية للحساسيات، العدد 5، 1506-1513 (2020).
Zaeem S و Chong JH و Shankaranarayanan V و Harkey A. COVID-19 واستجابات الأعضاء المتعددة. الحالي. سؤال. القلب. 45، 100618 (2020).
تشانغ ر، وآخرون. تقديرات عدد حالات الإصابة بفيروس كورونا في عام ٢٠١٩ في الصين مُعدّلة حسب المرحلة والمناطق الموبوءة. فرونت ميديسين. ١٤، ١٩٩-٢٠٩ (٢٠٢٠).
جاو جيه وآخرون. مادة مركبة من نسيج بولي بروبيلين غير منسوج، مرنة، فائقة الكراهية للماء، وعالية التوصيل، للحماية من التداخل الكهرومغناطيسي. مهندس كيميائي. مجلة 364، 493-502 (2019).
ريحان م. وآخرون. تطوير أغشية نانوية متعددة الوظائف من بولي أكريلونيتريل/فضة: نشاط مضاد للبكتيريا، ونشاط تحفيزي، وموصلية، وحماية من الأشعة فوق البنفسجية، ومستشعرات SERS النشطة. مجلة الموارد والتكنولوجيات. 9، 9380-9394 (2020).
داوادي س، كاتوال س، جوبتا أ، لاميشان يو، باراجولي ن. الأبحاث الحالية حول جسيمات الفضة النانوية: التركيب والتصنيف والتطبيقات. مجلة المواد النانوية. 2021، 6687290 (2021).
دينغ دا، تشين تشي، هو يونغ، ما جيان، تونغ واي دي إن: عملية بسيطة لتحضير حبر موصل قائم على الفضة وتطبيقه على أسطح انتقائية التردد. تكنولوجيا النانو 31، 105705-105705 (2019).
هاو، ي. وآخرون. البوليمرات فائقة التفرع تُمكّن من استخدام جسيمات الفضة النانوية كمُثبِّتات للطباعة بالحبر النفاث للدوائر المرنة. ر. شوكر. كيميائي. 43، 2797-2803 (2019).
شبكات أوردة الأوراق الموصلة المُنتجة بالتجميع الذاتي لجسيمات نانوية فضية لتطبيقات محتملة في المستشعرات المرنة. مات رايت، 284، 128937.1-128937.4 (2020).
لي، ج. وآخرون. كرات نانوية من السيليكا مزينة بجسيمات نانوية فضية ومصفوفات كركائز محتملة لتشتت رامان المعزز على السطح. مجلة جامعة ولاية أريزونا أوميغا 6، 32879-32887 (2021).
ليو، إكس. وآخرون. مستشعر تشتت رامان (SERS) واسع النطاق ومرن ومُحسَّن سطحيًا، يتميز بثبات إشارة وتوحيد عالٍ. مجلة ACS Application Matt. Interfaces 12، 45332-45341 (2020).
سانديب، كيه جي وآخرون. بنية غير متجانسة هرمية من قضبان نانوية من الفوليرين مزينة بجسيمات نانوية فضية (Ag-FNRs) تعمل كركيزة SERS فعالة ومستقلة عن جسيم واحد. فيزياء. كيمياء. كيمياء. فيزياء. 27، 18873-18878 (2018).
إمام، ح.ع. وأحمد، ح.ب. دراسة مقارنة للبنى النانوية القائمة على الأجار المتجانس وغير المتجانس أثناء التحلل المحفز بالصبغة. الدولية. مجلة الأحياء. الجزيئات الكبيرة. 138، 450-461 (2019).
إمام، ح.ع.، ميخائيل، م.م.، الشربيني، س.، ناجي، ك.س.، أحمد، ح.ب. التحفيز النانوي المعتمد على المعدن لتقليل الملوثات العطرية. الأربعاء. العلم. التلوث. الموارد. الدولية. 27، 6459-6475 (2020).
أحمد ح.ب وإمام ح.ع. بنية نانوية ثلاثية النواة والقشرة (Ag-Au-Pd) مزروعة من البذور في درجة حرارة الغرفة لتنقية المياه المحتملة. بوليمر. اختبار. 89، 106720 (2020).