Дзякуй за наведванне сайта Nature.com. Версія браўзера, якой вы карыстаецеся, мае абмежаваную падтрымку CSS. Для дасягнення найлепшых вынікаў рэкамендуем выкарыстоўваць больш новую версію браўзера (або адключыць рэжым сумяшчальнасці ў Internet Explorer). Тым часам, каб забяспечыць пастаянную падтрымку, мы адлюстроўваем сайт без стыляў і JavaScript.
Сёння функцыянальныя тканіны з антыбактэрыйнымі ўласцівасцямі карыстаюцца большай папулярнасцю. Аднак эканамічна эфектыўная вытворчасць функцыянальных тканін з трывалымі і стабільнымі характарыстыкамі застаецца праблемай. Для мадыфікацыі нетканага матэрыялу з поліпрапілену (ПП) быў выкарыстаны полівінілавы спірт (ПВС), а затым наначасціцы срэбра (AgNPs) былі нанесены in situ для атрымання тканіны ПП (згаданай як AgNPs), мадыфікаванай ПВС і загружанай AgNPs. /ПВА/ПП) - тканіны. Інкапсуляцыя валокнаў ПП з выкарыстаннем пакрыцця ПВА дапамагае значна палепшыць адгезію загружаных наначасціц срэбра да валокнаў ПП, і нетканыя матэрыялы Ag/ПВА/ПП дэманструюць значна палепшаныя механічныя ўласцівасці і ўстойлівасць да кішачнай палачкі (згаданай як E. coli). Як правіла, нетканы матэрыял Ag/ПВА/ПП, выраблены пры канцэнтрацыі аміяку срэбра 30 мМ, мае лепшыя механічныя ўласцівасці, а ўзровень антыбактэрыйнай абароны ад кішачнай палачкі дасягае 99,99%. Тканіна захоўвае выдатную антыбактэрыйную актыўнасць пасля 40 мыццяў і мае патэнцыял для паўторнага выкарыстання. Акрамя таго, нетканы матэрыял Ag/ПВА/ПП мае шырокія перспектывы прымянення ў прамысловасці дзякуючы добрай паветрапранікальнасці і вільгацяпранікальнасці. Акрамя таго, мы распрацавалі тэхналогію рулоннай вытворчасці і правялі папярэднія даследаванні, каб праверыць магчымасць выкарыстання гэтага метаду.
З паглыбленнем эканамічнай глабалізацыі маштабныя перамяшчэнні насельніцтва значна павялічылі верагоднасць перадачы віруса, што добра тлумачыць, чаму новы каранавірус мае такую моцную здольнасць распаўсюджвацца па свеце і яго цяжка прадухіліць1,2,3. У гэтым сэнсе існуе вострая неабходнасць распрацоўкі новых антыбактэрыйных матэрыялаў, такіх як поліпрапіленавыя (ПП) нетканыя матэрыялы, у якасці медыцынскіх ахоўных матэрыялаў. Поліпрапіленавыя нетканыя матэрыялы маюць перавагі нізкай шчыльнасці, хімічнай інертнасці і нізкай кошту4, але не валодаюць антыбактэрыйнымі ўласцівасцямі, маюць кароткі тэрмін службы і нізкую эфектыўнасць абароны. Таму вельмі важна надаць ПП нетканым матэрыялам антыбактэрыйныя ўласцівасці.
Як старажытны антыбактэрыйны агент, срэбра прайшло пяць стадый развіцця: калоідны раствор срэбра, сульфадыязін срэбра, соль срэбра, бялковае срэбра і нанасрэбра. Наначасціцы срэбра ўсё часцей выкарыстоўваюцца ў такіх галінах, як медыцына5,6, праводнасць7,8,9, павярхоўна-ўзмоцненае раманаўскае рассейванне10,11,12, каталітычная дэградацыя фарбавальнікаў13,14,15,16 і г.д. У прыватнасці, наначасціцы срэбра (AgNPs) маюць перавагі перад традыцыйнымі антымікробнымі агентамі, такімі як солі металаў, чацвярцічныя амоніевыя злучэнні і трыклазан, дзякуючы іх неабходнай бактэрыяльнай устойлівасці, стабільнасці, нізкай кошту і экалагічнай прымальнасці17,18,19. Акрамя таго, наначасціцы срэбра з вялікай удзельнай паверхняй і высокай антыбактэрыйнай актыўнасцю можна прымацаваць да ваўняных тканін20, баваўняных тканін21,22, поліэфірных тканін і іншых тканін для дасягнення кантраляванага, працяглага вызвалення антыбактэрыйных часціц срэбра23,24. Гэта азначае, што шляхам інкапсуляцыі AgNPs можна ствараць поліпрапіленавыя тканіны з антыбактэрыйнай актыўнасцю. Аднак, у нетканых поліпрапіленавых валокнах адсутнічаюць функцыянальныя групы і яны маюць нізкую палярнасць, што не спрыяе інкапсуляцыі AgNPs. Каб пераадолець гэты недахоп, некаторыя даследчыкі спрабавалі нанесці наначасціцы Ag на паверхню поліпрапіленавых тканін, выкарыстоўваючы розныя метады мадыфікацыі, у тым ліку плазменнае напыленне26,27, радыяцыйнае прышчэпліванне28,29,30,31 і павярхоўнае пакрыццё32. Напрыклад, Голі і інш. [33] нанеслі бялковае пакрыццё на паверхню нетканага поліпрапілену, прычым амінакіслоты на перыферыі бялковага пласта могуць служыць кропкамі мацавання для звязвання AgNPs, тым самым дасягаючы добрых антыбактэрыйных уласцівасцей. актыўнасць. Лі і яго калегі34 выявілі, што N-ізапрапілакрыламід і N-(3-амінапрапіл)метакрыламід гідрахларыд, сумесна прышчэпленыя ультрафіялетавым (УФ) травленнем, праяўляюць моцную антымікробную актыўнасць, хоць працэс УФ-траўлення з'яўляецца складаным і можа пагоршыць механічныя ўласцівасці. валокнаў. . Оліяні і інш. падрыхтавалі гелевыя плёнкі Ag NPs-PP з выдатнай антыбактэрыйнай актыўнасцю шляхам папярэдняй апрацоўкі чыстага поліпрапілену гама-апраменьваннем; аднак іх метад таксама быў складаным. Такім чынам, застаецца праблемай эфектыўная і простая вытворчасць перапрацоўваемых поліпрапіленавых нетканых матэрыялаў з жаданай антымікробнай актыўнасцю.
У гэтым даследаванні для мадыфікацыі поліпрапіленавых тканін выкарыстоўваецца полівінілавы спірт, экалагічна чысты і недарагі мембранны матэрыял з добрай плёнкаўтваральнай здольнасцю, высокай гідрафільнасцю і выдатнай фізічнай і хімічнай стабільнасцю. У якасці аднаўляльніка выкарыстоўваецца глюкоза36. Павелічэнне павярхоўнай энергіі мадыфікаванага ПП спрыяе селектыўнаму адкладу наначасціц срэбра. У параўнанні з чыстай тканінай з ПП, падрыхтаваная тканіна Ag/PVA/PP прадэманстравала добрую перапрацоўвальнасць, выдатную антыбактэрыйную актыўнасць супраць кішачнай палачкі, добрыя механічныя ўласцівасці нават пасля 40 цыклаў мыцця, а таксама значную паветрапранікальнасць, вільгацятрываласць і пранікальнасць.
Нетканы поліпрапілен з удзельнай вагой 25 г/м2 і таўшчынёй 0,18 мм быў прадастаўлены кампаніяй Jiyuan Kang'an Sanitary Materials Co., Ltd. (Цзіюань, Кітай) і нарэзаны на лісты памерам 5×5 см2. Нітрат срэбра (99,8%; AR) быў набыты ў Xilong Scientific Co., Ltd. (Шаньтоу, Кітай). Глюкоза была набыта ў Fuzhou Neptune Fuyao Pharmaceutical Co., Ltd. (Фучжоу, Кітай). Полівінілавы спірт (прамысловага класа) быў набыты ў Tianjin Sitong Chemical Factory (Цяньцзінь, Кітай). Дэіянізаваная вада выкарыстоўвалася ў якасці растваральніка або паласкання і была падрыхтавана ў нашай лабараторыі. Пажыўны агар і булён былі набыты ў Beijing Aoboxing Biotechnology Co., Ltd. (Пекін, Кітай). Штам E. coli (ATCC 25922) быў набыты ў Zhangzhou Bochuang Company (Чжанчжоу, Кітай).
Атрыманую поліпрапіленавыя тканіны прамывалі ультрагукам у этаноле на працягу 15 хвілін. Атрыманы ПВА дадавалі ў ваду і награвалі пры тэмпературы 95°C на працягу 2 гадзін для атрымання воднага раствора. Затым глюкозу растваралі ў 10 мл раствора ПВА з масавай доляй 0,1%, 0,5%, 1,0% і 1,5%. Ачышчаны поліпрапіленавы нетканы матэрыял апускалі ў раствор ПВА/глюкозы і награвалі пры тэмпературы 60°C на працягу 1 гадзіны. Пасля завяршэння награвання нетканы матэрыял, прасякнуты ПП, вымалі з раствора ПВА/глюкозы і сушылі пры тэмпературы 60°C на працягу 0,5 гадзіны для ўтварэння плёнкі ПВА на паверхні палатна, тым самым атрымліваючы кампазітны тэкстыль ПВА/ПП.
Нітрат срэбра раствараюць у 10 мл вады пры пастаянным памешванні пры пакаёвай тэмпературы і па кроплях дадаюць аміяк, пакуль раствор не зменіць колер з празрыстага на карычневы і зноў не стане празрыстым, каб атрымаць раствор срэбранага аміяку (5–90 мМ). Змяшчаюць нетканы матэрыял ПВА/ПП у раствор срэбранага аміяку і награваюць яго пры тэмпературы 60°C на працягу 1 гадзіны для ўтварэння наначасціц Ag in situ на паверхні тканіны, затым тройчы прамываюць вадой і сушаць пры тэмпературы 60°C на працягу 0,5 гадзіны, каб атрымаць кампазітны матэрыял Ag/ПВА/ПП.
Пасля папярэдніх эксперыментаў мы стварылі ў лабараторыі абсталяванне для буйнамаштабнай вытворчасці кампазітных тканін. Валікі выраблены з PTFE, каб пазбегнуць пабочных рэакцый і забруджвання. Падчас гэтага працэсу час насычэння і колькасць адсарбаванага раствора можна кантраляваць, рэгулюючы хуткасць ролікаў і адлегласць паміж імі, каб атрымаць патрэбную кампазітную тканіну Ag/PVA/PP.
Марфалогія паверхні тканіны вывучалася з дапамогай сканіруючага электроннага мікраскопа VEGA3 (SEM; Japan Electronics, Японія) пры паскаральным напружанні 5 кВ. Крышталічная структура наначасціц срэбра аналізавалася метадам рэнтгенаўскай дыфракцыі (XRD; Bruker, D8 Advanced, Германія; выпраменьванне CuKα, λ = 0,15418 нм; напружанне: 40 кВ, ток: 40 мА) у дыяпазоне 10–80°.2θ. Для аналізу хімічных характарыстык павярхоўна-мадыфікаванай поліпрапіленавай тканіны выкарыстоўваўся інфрачырвоны спектрометр з пераўтварэннем Фур'е (ATR-FTIR; Nicolet 170sx, Thermo Fisher Scientific Incorporation). Змест мадыфікатара ПВА ў кампазітных тканінах Ag/PVA/PP вымяраўся метадам тэрмагравіметрычнага аналізу (TGA; Mettler Toledo, Швейцарыя) у патоку азоту. Для вызначэння ўтрымання срэбра ў кампазітных тканінах Ag/PVA/PP выкарыстоўвалі мас-спектрометрыю з індуктыўна звязанай плазмай (ICP-MS, ELAN DRC II, Perkin-Elmer (Hong Kong) Co., Ltd.).
Паветрапранікальнасць і каэфіцыент прапускання вадзяной пары кампазітнай тканіны Ag/PVA/PP (спецыфікацыя: 78×50 см2) былі вымераны незалежным выпрабавальным агенцтвам (Tianfangbiao Standardization Certification and Testing Co., Ltd.) у адпаведнасці з GB/T. 5453-1997 і GB/T 12704.2-2009. Для кожнага ўзору для выпрабаванняў выбіраюцца дзесяць розных кропак, і дадзеныя, прадстаўленыя агенцтвам, з'яўляюцца сярэднім значэннем дзесяці кропак.
Антыбактэрыйная актыўнасць кампазітнай тканіны Ag/PVA/PP вымяралася ў адпаведнасці з кітайскімі стандартамі GB/T 20944.1-2007 і GB/T 20944.3- з выкарыстаннем метаду дыфузіі на агар-пласцінцы (якасны аналіз) і метаду страсянення ў колбе (колькасны аналіз) адпаведна ў 2008 годзе. Антыбактэрыйная актыўнасць кампазітнай тканіны Ag/PVA/PP супраць Escherichia coli вызначалася пры розным часе мыцця. Для метаду дыфузіі на агар-пласцінцы тэставая кампазітная тканіна Ag/PVA/PP прабівалася ў дыск (дыяметр: 8 мм) з дапамогай прабойніка і прымацоўвалася да агаравай чашкі Петры, засеянай Escherichia coli (ATCC 25922). ; 3,4 × 108 КУО/мл-1), а затым інкубавалася пры тэмпературы 37°C і адноснай вільготнасці 56% на працягу прыблізна 24 гадзін. Зона інгібіравання аналізавалася вертыкальна ад цэнтра дыска да ўнутранай акружнасці навакольных калоній. З дапамогай метаду страсення ў колбе з тэставанай кампазітнай тканіны Ag/PVA/PP была падрыхтавана плоская пласціна памерам 2 × 2 см2 і аўтаклававана ў булёне пры тэмпературы 121°C і ціску 0,1 МПа на працягу 30 хвілін. Пасля аўтаклававання ўзор апускалі ў 5-мілілітровую колбу Эрленмейера, якая змяшчала 70 мл булёнавага культуральнага раствора (канцэнтрацыя суспензіі 1 × 105–4 × 105 КУО/мл), а затым інкубавалі пры вагальнай тэмпературы 150°C, абароты ў хвіліну, і 25°C на працягу 18 гадзін. Пасля страсення збіралі пэўную колькасць бактэрыяльнай суспензіі і разводзілі яе ў дзесяць разоў. Збіралі патрэбную колькасць разведзенай бактэрыяльнай суспензіі, наносілі яе на агаравае асяроддзе і культывавалі пры тэмпературы 37°C і адноснай вільготнасці 56% на працягу 24 гадзін. Формула для разліку антыбактэрыйнай эфектыўнасці: \(\frac{\mathrm{C}-\mathrm{A}}{\mathrm{C}}\cdot 100\%\), дзе C і A — колькасць калоній праз 24 гадзіны адпаведна. Культывавалі ў кантрольнай групе і кампазітнай тканіне Ag/PVA/PP.
Трываласць кампазітных тканін Ag/PVA/PP ацэньвалася шляхам мыцця ў адпаведнасці з ISO 105-C10:2006.1A. Падчас мыцця выпрабавальную кампазітную тканіну Ag/PVA/PP (30x40 мм2) апускалі ў водны раствор, які змяшчае камерцыйны мыйны сродак (5,0 г/л), і мылі пры хуткасці 40±2 абароты ў хвіліну і 40±5 абаротаў у хвіліну на высокай хуткасці, °C, 10, 20, 30, 40 і 50 цыклаў. Пасля мыцця тканіну тройчы прамывалі вадой і сушылі пры тэмпературы 50-60°C на працягу 30 хвілін. Для вызначэння ступені антыбактэрыйнай актыўнасці вымяралі змяненне ўтрымання срэбра пасля мыцця.
На малюнку 1 паказана схематычная дыяграма вырабу кампазітнай тканіны Ag/PVA/PP. Гэта значыць, што нетканы матэрыял PP апускаюць у змяшаны раствор PVA і глюкозы. Нетканы матэрыял, прасякнуты PP, сушаць для фіксацыі мадыфікатара і аднаўляльніка для ўтварэння герметычнага пласта. Высушаны нетканы матэрыял з поліпрапілену апускаюць у раствор срэбна-аміячнага раствора для адкладання срэбных наначасціц in situ. Канцэнтрацыя мадыфікатара, молярнае суадносіны глюкозы да срэбна-аміячнага раствора, канцэнтрацыя срэбна-аміячнага раствора і тэмпература рэакцыі ўплываюць на асаджэнне наначасціц Ag. На малюнку 2a паказана залежнасць вугла змочвання вады тканіны Ag/PVA/PP ад канцэнтрацыі мадыфікатара. Пры павелічэнні канцэнтрацыі мадыфікатара з 0,5 мас.% да 1,0 мас.% кут змочвання тканіны Ag/PVA/PP значна памяншаецца; пры павелічэнні канцэнтрацыі мадыфікатара з 1,0 мас.% да 2,0 мас.% ён практычна не змяняецца. На малюнку 2b паказаны SEM-выявы чыстых PP-валакна і Ag/PVA/PP-тканін, падрыхтаваных пры канцэнтрацыі срэбра-аміяку 50 мМ і розных молярных суадносінах глюкозы да срэбра-аміяку (1:1, 3:1, 5:1 і 9:1). . выява. ). Атрыманае PP-валакно адносна гладкае. Пасля інкапсуляцыі PVA-плёнкай некаторыя валокны склейваюцца; з-за адкладання срэбраных наначасціц валокны становяцца адносна шурпатымі. Па меры павелічэння молярнага суадносін аднаўляльніка да глюкозы напылены пласт Ag NP паступова патаўшчаецца, і па меры павелічэння молярнага суадносін да 5:1 і 9:1 Ag NPs схільныя ўтвараць агрэгаты. Макраскапічныя і мікраскапічныя выявы PP-валакна становяцца больш аднастайнымі, асабліва калі молярнае суадносіны аднаўляльніка да глюкозы складае 5:1. Лічбавыя фатаграфіі адпаведных узораў, атрыманых пры канцэнтрацыі срэбра-аміяку 50 мМ, паказаны на малюнку S1.
Змены вугла змочвання вады тканіны Ag/PVA/PP пры розных канцэнтрацыях PVA (a), SEM-выявы тканіны Ag/PVA/PP, атрыманыя пры канцэнтрацыі срэбранага аміяку 50 мМ і розных молярных суадносінах глюкозы і срэбранага аміяку [(b))); (1) PP-валакно, (2) PVA/PP-валакно, (3) молярнае суадносіны 1:1, (4) молярнае суадносіны 3:1, (5) молярнае суадносіны 5:1, (6) молярнае суадносіны 9:1], рэнтгенаструктурны малюнак (c) і SEM-выява (d) тканіны Ag/PVA/PP, атрыманай пры канцэнтрацыях срэбранага аміяку: (1) 5 мМ, (2) 10 мМ, (3) 30 мМ, (4) 50 мМ, (5) 90 мМ і (6) Ag/PP - 30 мМ. Тэмпература рэакцыі складае 60°C.
На мал. 2c паказана рэнтгенаграмная дыфрактограма атрыманай тканіны Ag/PVA/PP. Акрамя дыфракцыйнага піка PP-валакна 37, чатыры дыфракцыйныя пікі пры 2θ = ~37,8°, 44,2°, 64,1° і 77,3° адпавядаюць (111), (200), (220), крышталічнай плоскасці (311) кубічных гранецэнтраваных наначасціц срэбра. Па меры павелічэння канцэнтрацыі срэбра-аміяку ад 5 да 90 мМ рэнтгенаграмныя дыфрактограмы Ag становяцца больш выразнымі, што адпавядае наступнаму павелічэнню крышталічнасці. Згодна з формулай Шэрэра, памеры зерняў наначасціц Ag, падрыхтаваных з 10 мМ, 30 мМ і 50 мМ срэбра-аміяку, былі разлічаны як 21,3 нм, 23,3 нм і 26,5 нм адпаведна. Гэта звязана з тым, што канцэнтрацыя срэбра-аміяку з'яўляецца рухаючай сілай рэакцыі аднаўлення з утварэннем металічнага срэбра. З павелічэннем канцэнтрацыі срэбранага аміяку хуткасць зародкаўтварэння і росту наначасціц Ag павялічваецца. На малюнку 2d паказаны SEM-выявы тканін Ag/PVA/PP, атрыманых пры розных канцэнтрацыях аміяку Ag. Пры канцэнтрацыі срэбранага аміяку 30 мМ напылены пласт наначасціц Ag адносна аднародны. Аднак, калі канцэнтрацыя срэбранага аміяку занадта высокая, аднастайнасць пласта наначасціц Ag мае тэндэнцыю да змяншэння, што можа быць звязана з моцнай агламерацыяй у пласце наначасціц Ag. Акрамя таго, наначасціцы срэбра на паверхні маюць дзве формы: сферычную і лускаватую. Памер сферычных часціц складае прыблізна 20–80 нм, а папярочны памер пласцін складае прыблізна 100–300 нм (малюнак S2). Пласт наначасціц Ag на паверхні немадыфікаванай тканіны PP нераўнамерны. Акрамя таго, павышэнне тэмпературы спрыяе аднаўленню наначасціц Ag (мал. S3), але занадта высокая тэмпература рэакцыі не спрыяе селектыўнаму асаджэнню наначасціц Ag.
На малюнку 3a схематычна паказана сувязь паміж канцэнтрацыяй срэбра-аміяку, колькасцю адкладзенага срэбра і антыбактэрыйнай актыўнасцю падрыхтаванай тканіны Ag/PVA/PP. На малюнку 3b паказаны антыбактэрыйныя характарыстыкі ўзораў пры розных канцэнтрацыях срэбра-аміяку, якія могуць непасрэдна адлюстроўваць антыбактэрыйны статус узораў. Пры павелічэнні канцэнтрацыі срэбра-аміяку з 5 мМ да 90 мМ колькасць асадка срэбра павялічылася з 13,67 г/кг да 481,81 г/кг. Акрамя таго, па меры павелічэння колькасці адкладанага срэбра антыбактэрыйная актыўнасць супраць E. coli спачатку павялічваецца, а затым застаецца на высокім узроўні. У прыватнасці, пры канцэнтрацыі срэбра-аміяку 30 мМ колькасць адкладзенага срэбра ў атрыманай тканіне Ag/PVA/PP складае 67,62 г/кг, а ўзровень антыбактэрыйнасці — 99,99%, і гэты ўзор быў абраны ў якасці прадстаўніка для наступнай структурнай характарыстыкі.
(a) Сувязь паміж узроўнем антыбактэрыйнай актыўнасці і колькасцю нанесенага пласта срэбра і канцэнтрацыяй аміяку срэбра; (b) Фотаздымкі бактэрыяльных культуральных пласцін, зробленыя лічбавай камерай, якія паказваюць халастыя ўзоры і ўзоры, падрыхтаваныя з выкарыстаннем 5 мМ, 10 мМ, 30 мМ, 50 мМ і 90 мМ аміяку срэбра. Антыбактэрыйная актыўнасць тканіны Ag/PVA/PP супраць Escherichia coli
На малюнку 4a паказаны спектры ІЧ-Фур'е/НПВО PP, PVA/PP, Ag/PP і Ag/PVA/PP. Паласы паглынання чыстага PP-валакна пры 2950 см-1 і 2916 см-1 абумоўлены асіметрычным ваганнем расцяжэння груп –CH3 і –CH2-, а пры 2867 см-1 і 2837 см-1 яны абумоўлены сіметрычным ваганнем расцяжэння груп –CH3 і –CH2 –, –CH3 і –CH2–. Паласы паглынання пры 1375 см-1 і 1456 см-1 адносяцца да асіметрычных і сіметрычных зрухавых ваганняў –CH338.39. Спектр ІЧ-Фур'е валакна Ag/PP падобны да спектру PP-валакна. Акрамя паласы паглынання PP, новы пік паглынання пры 3360 см-1 тканін PVA/PP і Ag/PVA/PP абумоўлены расцяжэннем вадароднай сувязі –OH групы. Гэта паказвае, што ПВА паспяхова наносіцца на паверхню поліпрапіленавых валокнаў. Акрамя таго, пік паглынання гідраксільных груп тканіны Ag/PVA/PP крыху слабейшы, чым у тканіны PVA/PP, што можа быць звязана з каардынацыяй некаторых гідраксільных груп са срэбрам.
Спектр ІЧ-Фур'е (а), крывая ТГА (б) і спектр вымярэнняў XPS (в) чыстага ПП, тканіны ПВА/ПП і тканіны Ag/ПВА/ПП, а таксама спектр C 1s чыстага ПП (г), тканіны ПВА/ПП (д) і пік Ag 3d (е) тканіны Ag/ПВА/ПП.
На мал. 4c паказаны спектры XPS тканін PP, PVA/PP і Ag/PVA/PP. Слабы сігнал O 1s чыстага поліпрапілену можна аднесці да кіслароду, адсарбаванага на паверхні; пік C 1s пры 284,6 эВ адносіцца да CH і CC (гл. мал. 4d). У параўнанні з чыстым PP валакном, тканіна PVA/PP (мал. 4e) дэманструе высокія характарыстыкі пры 284,6 эВ (C–C/C–H), 285,6 эВ (C–O–H), 284,6 эВ (C–C/C–H), 285,6 эВ (C–O–H) і 288,5 эВ (H–C=O)38. Акрамя таго, спектр O 1s тканіны PVA/PP можна апраксімаваць двума пікамі пры 532,3 эВ і 533,2 эВ41 (мал. S4), гэтыя пікі C 1s адпавядаюць C–OH і H–C=O (гідраксільныя групы PVA і альдэгідна-глюкозная група), што адпавядае дадзеным FTIR. Нетканая тканіна Ag/PVA/PP захоўвае спектр O 1s C-OH (532,3 эВ) і HC=O (533,2 эВ) (малюнак S5), які складаецца з 65,81% (атамных працэнтаў) C, 22,89% O і 11,31% Ag (мал. S4). У прыватнасці, пікі Ag 3d5/2 і Ag 3d3/2 пры 368,2 эВ і 374,2 эВ (мал. 4f) дадаткова пацвярджаюць, што наначасціцы Ag легіраваныя на паверхні нетканага матэрыялу PVA/PP42.
Крывыя ТГА (мал. 4b) чыстага ПП, тканіны Ag/PP і тканіны Ag/PVA/PP паказваюць, што яны падвяргаюцца падобным працэсам тэрмічнага раскладання, і адклад наначасціц Ag прыводзіць да нязначнага павышэння тэмпературы тэрмічнага раскладання валокнаў ПП (з 480 °C (валакна PP) да 495 °C), магчыма, з-за ўтварэння срэбранага бар'ера43. У той жа час рэшткавая колькасць чыстых узораў ПП, Ag/PP, Ag/PVA/PP, Ag/PVA/PP-W50 і Ag/PP-W50 пасля награвання пры 800 °C складала 1,32%, 16,26% і 13,86%. % адпаведна, 9,88% і 2,12% (суфікс W50 тут адносіцца да 50 цыклаў мыцця). Астатняя частка чыстага ПП адносіцца да прымешак, а астатняя частка астатніх узораў — да наначасціц срэбра, і розніца ў рэшткавай колькасці ўзораў, загружаных срэбрам, павінна быць абумоўлена рознай колькасцю наначасціц срэбра, загружаных на іх. Акрамя таго, пасля 50-разовага прамывання тканіны Ag/PP рэшткавае ўтрыманне срэбра знізілася на 94,65%, а рэшткавае ўтрыманне срэбра ў тканіне Ag/PVA/PP знізілася прыкладна на 31,74%. Гэта паказвае, што інкапсулюючае пакрыццё PVA можа эфектыўна палепшыць адгезію наначасціц срэбра да матрыцы PP.
Для ацэнкі камфорту нашэння былі вымераны паветрапранікальнасць і хуткасць перадачы вадзяной пары падрыхтаванай поліпрапіленавай тканіны. У цэлым, паветрапранікальнасць звязана з цеплавым камфортам карыстальніка, асабліва ў гарачым і вільготным асяроддзі44. Як паказана на малюнку 5a, паветрапранікальнасць чыстага ПП складае 2050 мм/с, а пасля мадыфікацыі ПВА яна зніжаецца да 856 мм/с. Гэта звязана з тым, што плёнка ПВА, якая ўтвараецца на паверхні валакна ПП і тканай часткі, дапамагае паменшыць зазоры паміж валокнамі. Пасля нанясення наначасціц срэбра паветрапранікальнасць тканіны ПП павялічваецца з-за спажывання пакрыцця ПВА пры нанясенні наначасціц срэбра. Акрамя таго, паветрапранікальнасць тканін Ag/ПВА/ПП мае тэндэнцыю да зніжэння па меры павелічэння канцэнтрацыі срэбранага аміяку з 10 да 50 ммоль. Гэта можа быць звязана з тым, што таўшчыня срэбнага адкладу павялічваецца са павелічэннем канцэнтрацыі срэбранага аміяку, што дапамагае паменшыць колькасць пор і верагоднасць праходжання праз іх вадзяной пары.
(a) Паветрапранікальнасць тканін Ag/PVA/PP, падрыхтаваных з рознай канцэнтрацыяй срэбранага аміяку; (b) Прапусканне вадзяной пары тканін Ag/PVA/PP, падрыхтаваных з рознай канцэнтрацыяй срэбранага аміяку; (c) Розныя мадыфікатары. Крывая расцяжэння тканіны Ag/PVA/PP, атрыманай пры розных канцэнтрацыях; (d) Крывая расцяжэння тканіны Ag/PVA/PP, атрыманай пры розных канцэнтрацыях срэбранага аміяку (таксама паказана тканіна Ag/PVA/PP, атрыманая пры канцэнтрацыі срэбранага аміяку 30 мМ) (Параўнайце крывыя расцяжэння тканін PP пасля 40 цыклаў мыцця).
Хуткасць прапускання вадзяной пары — яшчэ адзін важны паказчык цеплавога камфорту тканіны45. Аказваецца, што на вільгацяпранікальнасць тканін у асноўным уплываюць паветрапранікальнасць і ўласцівасці паверхні. Гэта значыць, паветрапранікальнасць у асноўным залежыць ад колькасці пор; уласцівасці паверхні ўплываюць на вільгацяпранікальнасць гідрафільных груп праз адсорбцыю-дыфузію-дэсорбцыю малекул вады. Як паказана на малюнку 5b, вільгацяпранікальнасць чыстага ПП-валакна складае 4810 г/(м2·24г). Пасля герметызацыі пакрыццём PVA колькасць адтулін у ПП-валакне памяншаецца, але вільгацяпранікальнасць тканіны PVA/PP павялічваецца да 5070 г/(м2·24г), паколькі яе вільгацяпранікальнасць у асноўным вызначаецца ўласцівасцямі паверхні, а не порамі. Пасля нанясення AgNP вільгацяпранікальнасць тканіны Ag/PVA/PP яшчэ больш павялічылася. У прыватнасці, максімальная вільгацяпранікальнасць тканіны Ag/PVA/PP, атрыманая пры канцэнтрацыі срэбранага аміяку 30 мМ, складае 10300 г/(м2·24г). У той жа час, розная вільгацяпранікальнасць тканін Ag/PVA/PP, атрыманых пры розных канцэнтрацыях срэбранага аміяку, можа быць звязана з адрозненнямі ў таўшчыні пласта срэбранага нанясення і колькасці яго пор.
Механічныя ўласцівасці тканін моцна ўплываюць на тэрмін іх службы, асабліва калі гаворка ідзе пра перапрацоўваемыя матэрыялы46. На малюнку 5c паказана крывая напружання расцяжэння тканіны Ag/PVA/PP. Трываласць на расцяжэнне чыстага PP складае ўсяго 2,23 МПа, у той час як трываласць на расцяжэнне тканіны PVA/PP з утрыманнем 1 мас.% значна павялічваецца да 4,56 МПа, што сведчыць аб тым, што інкапсуляцыя тканіны PVA PP дапамагае значна палепшыць яе механічныя ўласцівасці. Трываласць на расцяжэнне і падаўжэнне пры разрыве тканіны PVA/PP павялічваюцца са павелічэннем канцэнтрацыі мадыфікатара PVA, таму што плёнка PVA можа разарваць напружанне і ўмацаваць валакно PP. Аднак, калі канцэнтрацыя мадыфікатара павялічваецца да 1,5 мас.%, ліпкі PVA робіць поліпрапіленавую тканіну жорсткай, што сур'ёзна ўплывае на камфорт нашэння.
У параўнанні з чыстымі тканінамі з PP і PVA/PP, трываласць на расцяжэнне і падаўжэнне пры разрыве тканін Ag/PVA/PP яшчэ больш паляпшаюцца, таму што наначасціцы Ag, раўнамерна размеркаваныя па паверхні валокнаў PP, могуць размеркаваць нагрузку47,48. Можна бачыць, што трываласць на расцяжэнне валокнаў Ag/PP вышэйшая, чым у чыстага PP, дасягаючы 3,36 МПа (мал. 5d), што пацвярджае моцны і ўмацоўваючы эфект наначасціц Ag. У прыватнасці, тканіна Ag/PVA/PP, вырабленая пры канцэнтрацыі аміяку срэбра 30 мМ (замест 50 мМ), праяўляе максімальную трываласць на расцяжэнне і падаўжэнне пры разрыве, што ўсё яшчэ абумоўлена раўнамерным адкладаннем наначасціц Ag, а таксама раўнамерным адкладаннем. Агрэгацыя наначасціц срэбра ва ўмовах высокай канцэнтрацыі аміяку срэбра. Акрамя таго, пасля 40 цыклаў мыцця трываласць на разрыў і падаўжэнне пры разрыве тканіны Ag/PVA/PP, падрыхтаванай пры канцэнтрацыі срэбра-аміяку 30 мМ, знізіліся на 32,7% і 26,8% адпаведна (мал. 5d), што можа быць звязана з невялікай стратай наначасціц срэбра, якія адкладаліся пасля гэтага.
На малюнках 6a і b паказаны фатаграфіі тканіны Ag/PVA/PP і тканіны Ag/PP, зробленыя лічбавай камерай, пасля 0, 10, 20, 30, 40 і 50 цыклаў мыцця пры канцэнтрацыі срэбра-аміяку 30 мМ. Цёмна-шэрая тканіна Ag/PVA/PP і тканіна Ag/PP паступова становяцца светла-шэрымі пасля мыцця; прычым змена колеру першай падчас мыцця не здаецца такой сур'ёзнай, як у другой. Акрамя таго, у параўнанні з тканінай Ag/PP, утрыманне срэбра ў тканіне Ag/PVA/PP змяншалася адносна павольна пасля мыцця; пасля 20 і больш разоў мыцця першая захоўвала больш высокае ўтрыманне срэбра, чым другая (мал. 6c). Гэта сведчыць аб тым, што інкапсуляцыя валокнаў PP пакрыццём PVA можа значна палепшыць адгезію наначасціц Ag да валокнаў PP. На малюнку 6d паказаны SEM-выявы тканіны Ag/PVA/PP і тканіны Ag/PP пасля 10, 40 і 50 цыклаў мыцця. Тканіны Ag/PVA/PP менш губляюць наначасціцы Ag падчас мыцця, чым тканіны Ag/PP, зноў жа таму, што інкапсулюючае пакрыццё PVA дапамагае палепшыць адгезію наначасціц Ag да валокнаў PP.
(a) Фотаздымкі тканіны Ag/PP, зробленыя лічбавай камерай (пры канцэнтрацыі срэбра-аміяку 30 мМ) пасля цыклаў мыцця 0, 10, 20, 30, 40 і 50 (1-6); (b) Фотаздымкі тканін Ag/PVA/PP, зробленыя лічбавай камерай (пры канцэнтрацыі срэбра-аміяку 30 мМ) пасля цыклаў мыцця 0, 10, 20, 30, 40 і 50 (1-6); (c) Змены ўтрымання срэбра ў дзвюх тканінах на працягу цыклаў мыцця; (d) SEM-выявы тканіны Ag/PVA/PP (1-3) і тканіны Ag/PP (4-6) пасля 10, 40 і 50 цыклаў мыцця.
На малюнку 7 паказана антыбактэрыйная актыўнасць і фатаграфіі тканін Ag/PVA/PP у дачыненні да кішачнай палачкі пасля 10, 20, 30 і 40 цыклаў мыцця, зробленыя з дапамогай лічбавай камеры. Пасля 10 і 20 цыклаў мыцця антыбактэрыйная эфектыўнасць тканін Ag/PVA/PP заставалася на ўзроўні 99,99% і 99,93%, што дэманструе выдатную антыбактэрыйную актыўнасць. Узровень антыбактэрыйнасці тканіны Ag/PVA/PP некалькі знізіўся пасля 30 і 40 цыклаў мыцця, што было звязана са стратай наначасціц срэбра пасля працяглага мыцця. Аднак узровень антыбактэрыйнасці тканіны Ag/PP пасля 40 цыклаў мыцця складае ўсяго 80,16%. Відавочна, што антыбактэрыйны эфект тканіны Ag/PP пасля 40 цыклаў мыцця значна меншы, чым у тканіны Ag/PVA/PP.
(a) Узровень антыбактэрыйнай актыўнасці супраць E. coli. (b) Для параўнання таксама паказаны фатаграфіі тканіны Ag/PVA/PP, зробленыя лічбавай камерай пасля мыцця тканіны Ag/PP пры канцэнтрацыі 30 мМ срэбра-аміяку на працягу 10, 20, 30, 40 і 40 цыклаў.
На мал. 8 схематычна паказаны выраб буйнамаштабнай тканіны Ag/PVA/PP з выкарыстаннем двухэтапнага маршруту "з рулона на рулон". Гэта значыць, раствор PVA/глюкозы замочвалі ў рамцы рулона на працягу пэўнага перыяду часу, затым вымалі і прапітвалі растворам срэбранага аміяку такім жа чынам, каб атрымаць тканіну Ag/PVA/PP (мал. 8a). Атрыманая тканіна Ag/PVA/PP захоўвае выдатную антыбактэрыйную актыўнасць нават пасля таго, як яе пакінулі на 1 год. Для буйнамаштабнай падрыхтоўкі тканін Ag/PVA/PP атрыманыя нетканыя матэрыялы з PP прапітваліся ў бесперапынным працэсе пракаткі, а затым паслядоўна прапускалі праз раствор PVA/глюкозы і раствор срэбранага аміяку і апрацоўвалі двума спосабамі. Прымацаваныя відэа. Час прапіткі кантралюецца рэгуляваннем хуткасці роліка, а колькасць адсарбаванага раствора - рэгуляваннем адлегласці паміж ролікамі (мал. 8b), тым самым атрымліваючы мэтавую нетканую тканіну Ag/PVA/PP вялікага памеру (50 см × 80 см). і зборны ролік. Увесь працэс просты і эфектыўны, што спрыяе маштабнай вытворчасці.
Схематычная дыяграма вытворчасці буйных мэтавых вырабаў (а) і схематычная дыяграма працэсу вальцавання для вытворчасці нетканых матэрыялаў Ag/PVA/PP (б).
Нетканыя матэрыялы PVA/PP, якія змяшчаюць срэбра, вырабляюцца з выкарыстаннем простай тэхналогіі вадкафазнага нанясення in-situ ў спалучэнні з рулонным метадам. У параўнанні з тканінай PP і тканінай PVA/PP, механічныя ўласцівасці падрыхтаванага нетканага матэрыялу Ag/PVA/PP значна паляпшаюцца, таму што герметызацыйны пласт PVA можа значна палепшыць адгезію наначасціц Ag да валокнаў PP. Акрамя таго, колькасць загрузкі PVA і ўтрыманне наначасціц срэбра ў нетканым матэрыяле Ag/PVA/PP можна добра кантраляваць, рэгулюючы канцэнтрацыі раствора PVA/глюкозы і раствора срэбра-аміяку. У прыватнасці, нетканы матэрыял Ag/PVA/PP, падрыхтаваны з выкарыстаннем 30 мМ раствора срэбра-аміяку, прадэманстраваў найлепшыя механічныя ўласцівасці і захаваў выдатную антыбактэрыйную актыўнасць супраць кішачнай палачкі нават пасля 40 цыклаў мыцця, дэманструючы добры патэнцыял супраць абрастання. Нетканы матэрыял PP. У параўнанні з іншымі літаратурнымі дадзенымі, тканіны, атрыманыя намі з выкарыстаннем больш простых метадаў, прадэманстравалі лепшую ўстойлівасць да мыцця. Акрамя таго, атрыманы нетканы матэрыял Ag/PVA/PP мае ідэальную вільгацяпранікальнасць і камфорт пры нашэнні, што можа палегчыць яго прымяненне ў прамысловых мэтах.
Уключыце ўсе дадзеныя, атрыманыя або прааналізаваныя падчас гэтага даследавання (і файлы з дадатковай інфармацыяй).
Расэл, С. М. і інш. Біясенсары для барацьбы з цытакінавым штормам COVID-19: праблемы на будучыню. ACS Sens. 5, 1506–1513 (2020).
Заім С., Чонг Дж. Х., Шанкаранараянан В. і Харкі А. COVID-19 і паліарганныя рэакцыі. бягучае. пытанне. сэрца. 45, 100618 (2020).
Чжан Р. і інш. Ацэнкі колькасці выпадкаў каранавіруса ў Кітаі ў 2019 годзе скарэкціраваны ў залежнасці ад стадыі і эндэмічных рэгіёнаў. front. medicine. 14, 199–209 (2020).
Гао Дж. і інш. Гнуткі, супергідрафобны і высокаправодны нетканы поліпрапіленавы кампазітны матэрыял для абароны ад электрамагнітных перашкод. Chemical engineer. J. 364, 493–502 (2019).
Райхан М. і інш. Распрацоўка шматфункцыянальных нанакампазітных плёнак поліакрыланітрылу/срэбра: антыбактэрыйная актыўнасць, каталітычная актыўнасць, праводнасць, абарона ад ультрафіялетавага выпраменьвання і актыўныя SERS-сенсары. J. Matt. resource. technologies. 9, 9380–9394 (2020).
Давадзі С., Катувал С., Гупта А., Ламічане У. і Параджулі Н. Сучасныя даследаванні наначасціц срэбра: сінтэз, характарыстыка і прымяненне. J. Nanomaterials. 2021, 6687290 (2021).
Дэн Да, Чэнь Чжы, Ху Юн, Ма Цзянь, Тун ЮДН. Просты працэс падрыхтоўкі праводных чарнілаў на аснове срэбра і нанясення іх на частотна-селектыўныя паверхні. Нанатэхналогіі 31, 105705–105705 (2019).
Хао, Ю. і інш. Гіперразгалінаваныя палімеры дазваляюць выкарыстоўваць наначасціцы срэбра ў якасці стабілізатараў для струменевага друку гнуткіх схем. Р. Шукер. Хімічны. 43, 2797–2803 (2019).
Келер П. і Кавасакі Х.Дж.М. Праводныя сеткі жылак лісця, атрыманыя шляхам самаарганізацыі наначасціц срэбра, для патэнцыйнага прымянення ў гнуткіх датчыках. Мэт Райт. 284, 128937.1-128937.4 (2020).
Лі, Дж. і інш. Нанасферы і масівы крэмнію, дэкараваныя наначасціцамі срэбра, як патэнцыйныя субстраты для павярхоўна-ўзмоцненага раманаўскага рассейвання. ASU Omega 6, 32879–32887 (2021).
Лю, Х. і інш. Буйнамаштабны гнуткі паверхневы датчык камбінацыйнага рассейвання (SERS) з высокай стабільнасцю і аднастайнасцю сігналу. ACS Application Matt. Interfaces 12, 45332–45341 (2020).
Сандзіп, К. Г. і інш. Іерархічная гетэраструктура фулерэнавых нанапруткоў, дэкараваных срэбнымі наначасціцамі (Ag-FNR), служыць эфектыўнай незалежнай падкладкай SERS з адной часціцай. фізіка. Хімічная. Хімічная. фізіка. 27, 18873–18878 (2018).
Эмам, Х.Э. і Ахмед, Х.Б. Параўнальнае даследаванне гомаметалічных і гетэраметалічных нанаструктур на аснове агара падчас дэградацыі, каталізаванай фарбавальнікам. міжнароднасць. J. Biol. Вялікія малекулы. 138, 450–461 (2019).
Эмам, Х.Э., Міхаіл, М.М., Эль-Шэрбіні, С., Надзь, К.С. і Ахмед, Х.Б. Металазалежны нанакаталіз для скарачэння араматычных забруджвальнікаў. Серада. навука. забруджванне. рэсурс. міжнароднасць. 27, 6459–6475 (2020).
Ахмед Х.Б. і Эмам Х.Э. Патройныя нанаструктуры тыпу «ядро-абалонка» (Ag-Au-Pd), вырашчаныя з насення пры пакаёвай тэмпературы, для патэнцыйнай ачысткі вады. Палімерны тэст. 89, 106720 (2020).
Час публікацыі: 26 лістапада 2023 г.