Gràcies per visitar Nature.com. La versió del navegador que esteu utilitzant té compatibilitat limitada amb CSS. Per obtenir els millors resultats, us recomanem que utilitzeu una versió més recent del vostre navegador (o que desactiveu el mode de compatibilitat a l'Internet Explorer). Mentrestant, per garantir el suport continu, mostrem el lloc web sense estils ni JavaScript.
Avui dia, els teixits funcionals amb propietats antibacterianes són més populars. Tanmateix, la producció rendible de teixits funcionals amb un rendiment durador i consistent continua sent un repte. L'alcohol polivinílic (PVA) es va utilitzar per modificar el teixit no teixit de polipropilè (PP), i després es van dipositar nanopartícules de plata (AgNP) in situ per produir PP carregat amb AgNP modificat amb PVA (anomenat AgNP). /PVA/PP) teixit. L'encapsulació de fibres de PP mitjançant recobriment de PVA ajuda a millorar significativament l'adhesió de les AgNP carregades a les fibres de PP, i els no teixits Ag/PVA/PP presenten propietats mecàniques i resistència significativament millorades a Escherichia coli (anomenada E. coli). En general, el teixit no teixit Ag/PVA/PP produït a una concentració d'amoníac de plata de 30 mM té millors propietats mecàniques, i la taxa de protecció antibacteriana contra E. coli arriba al 99,99%. El teixit encara conserva una excel·lent activitat antibacteriana després de 40 rentats i té el potencial d'ús repetit. A més, el teixit no teixit Ag/PVA/PP té àmplies perspectives d'aplicació a la indústria a causa de la seva bona permeabilitat a l'aire i a la humitat. A més, també hem desenvolupat una tecnologia roll-to-roll i hem dut a terme una exploració preliminar per provar la viabilitat d'aquest mètode.
Amb l'aprofundiment de la globalització econòmica, els moviments de població a gran escala han augmentat considerablement la possibilitat de transmissió del virus, cosa que explica bé per què el nou coronavirus té una capacitat tan forta de propagar-se arreu del món i és difícil de prevenir1,2,3. En aquest sentit, hi ha una necessitat urgent de desenvolupar nous materials antibacterians, com ara els teixits no teixits de polipropilè (PP), com a materials de protecció mèdica. El teixit no teixit de polipropilè té els avantatges de la baixa densitat, la inertícia química i el baix cost4, però no té capacitat antibacteriana, una vida útil curta i una baixa eficiència de protecció. Per tant, és de gran importància conferir propietats antibacterianes als materials no teixits de PP.
Com a agent antibacterià antic, la plata ha passat per cinc etapes de desenvolupament: solució de plata col·loïdal, sulfadiazina de plata, sal de plata, proteïna de plata i nanoplata. Les nanopartícules de plata s'utilitzen cada cop més en camps com la medicina5,6, la conductivitat7,8,9, la dispersió Raman millorada a la superfície10,11,12, la degradació catalítica de colorants13,14,15,16, etc. En particular, les nanopartícules de plata (AgNP) tenen avantatges respecte als agents antimicrobians tradicionals com les sals metàl·liques, els compostos d'amoni quaternari i el triclosan a causa de la seva resistència bacteriana, estabilitat, baix cost i acceptabilitat ambiental requerides17,18,19. A més, les nanopartícules de plata amb una gran superfície específica i una alta activitat antibacteriana es poden unir a teixits de llana20, teixits de cotó21,22, teixits de polièster i altres teixits per aconseguir una alliberació controlada i sostinguda de partícules de plata antibacterianes23,24. Això significa que, encapsulant AgNP, és possible crear teixits de PP amb activitat antibacteriana. Tanmateix, els teixits no teixits de PP manquen de grups funcionals i tenen una baixa polaritat, cosa que no afavoreix l'encapsulació de nanopartícules d'Ag. Per superar aquest inconvenient, alguns investigadors han intentat dipositar nanopartícules d'Ag a la superfície de teixits de PP mitjançant diversos mètodes de modificació, com ara la polvorització per plasma26,27, l'empelt per radiació28,29,30,31 i el recobriment superficial32. Per exemple, Goli et al. [33] van introduir un recobriment proteic a la superfície del teixit no teixit de PP, els aminoàcids a la perifèria de la capa proteica poden servir com a punts d'ancoratge per a la unió de les AgNP, aconseguint així bones propietats antibacterianes. Li i els seus col·laboradors34 van descobrir que la N-isopropilacrilamida i el clorhidrat de N-(3-aminopropil)metacrilamida coempeltats mitjançant gravat ultraviolat (UV) presentaven una forta activitat antimicrobiana, tot i que el procés de gravat UV és complex i pot degradar les propietats mecàniques de les fibres. Oliani et al. van preparar pel·lícules de gel de NPs d'Ag-PP amb una excel·lent activitat antibacteriana pretractant PP pur amb irradiació gamma; tanmateix, el seu mètode també era complex. Per tant, continua sent un repte produir de manera eficient i senzilla teixits no teixits de polipropilè reciclables amb l'activitat antimicrobiana desitjada.
En aquest estudi, s'utilitza alcohol polivinílic, un material de membrana respectuós amb el medi ambient i de baix cost amb bona capacitat de formació de pel·lícula, alta hidrofilicitat i excel·lent estabilitat física i química, per modificar teixits de polipropilè. La glucosa s'utilitza com a agent reductor36. Un augment de l'energia superficial del PP modificat promou la deposició selectiva de nanopartícules d'Ag. En comparació amb el teixit de PP pur, el teixit Ag/PVA/PP preparat va mostrar una bona reciclabilitat, una excel·lent activitat antibacteriana contra E. coli, bones propietats mecàniques fins i tot després de 40 cicles de rentat i una transpirabilitat, permeabilitat al sexe i a la humitat significatives.
El teixit no teixit de PP amb una gravetat específica de 25 g/m2 i un gruix de 0,18 mm va ser proporcionat per Jiyuan Kang'an Sanitary Materials Co., Ltd. (Jiyuan, Xina) i tallat en làmines de 5 × 5 cm2. El nitrat de plata (99,8%; AR) es va comprar a Xilong Scientific Co., Ltd. (Shantou, Xina). La glucosa es va comprar a Fuzhou Neptune Fuyao Pharmaceutical Co., Ltd. (Fuzhou, Xina). L'alcohol polivinílic (reactiu de grau industrial) es va comprar a Tianjin Sitong Chemical Factory (Tianjin, Xina). Es va utilitzar aigua desionitzada com a dissolvent o esbandida i es va preparar al nostre laboratori. L'agar nutrient i el brou es van comprar a Beijing Aoboxing Biotechnology Co., Ltd. (Pequín, Xina). La soca d'E. coli (ATCC 25922) es va comprar a Zhangzhou Bochuang Company (Zhangzhou, Xina).
El teixit de PP resultant es va rentar amb ultrasons en etanol durant 15 minuts. El PVA resultant es va afegir a aigua i es va escalfar a 95 °C durant 2 hores per obtenir una solució aquosa. A continuació, es va dissoldre glucosa en 10 ml de solució de PVA amb una fracció màssica del 0,1%, 0,5%, 1,0% i 1,5%. El teixit no teixit de polipropilè purificat es va submergir en una solució de PVA/glucosa i es va escalfar a 60 °C durant 1 hora. Un cop finalitzat l'escalfament, el teixit no teixit impregnat de PP es retira de la solució de PVA/glucosa i s'asseca a 60 °C durant 0,5 h per formar una pel·lícula de PVA a la superfície de la banda, obtenint així un tèxtil compost de PVA/PP.
El nitrat de plata es dissol en 10 ml d'aigua amb agitació constant a temperatura ambient i s'afegeix amoníac gota a gota fins que la solució canvia de transparent a marró i torna a ser transparent per obtenir una solució d'amoníac de plata (5–90 mM). Col·loqueu el teixit no teixit de PVA/PP en una solució d'amoníac de plata i escalfeu-lo a 60 °C durant 1 hora per formar nanopartícules d'Ag in situ a la superfície del teixit, després esbandiu-lo amb aigua tres vegades i assequeu-lo a 60 °C durant 0,5 h per obtenir un teixit compost d'Ag/PVA/PP.
Després d'experiments preliminars, vam construir un equip de rotlle a rotlle al laboratori per a la producció a gran escala de teixits compostos. Els rodets estan fets de PTFE per evitar reaccions adverses i contaminació. Durant aquest procés, el temps d'impregnació i la quantitat de solució adsorbida es poden controlar ajustant la velocitat dels rodets i la distància entre els rodets per obtenir el teixit compost Ag/PVA/PP desitjat.
La morfologia de la superfície del teixit es va estudiar mitjançant un microscopi electrònic d'escombratge VEGA3 (SEM; Japan Electronics, Japó) a un voltatge d'acceleració de 5 kV. L'estructura cristal·lina de les nanopartícules de plata es va analitzar mitjançant difracció de raigs X (XRD; Bruker, D8 Advanced, Alemanya; radiació Cu Kα, λ = 0,15418 nm; voltatge: 40 kV, corrent: 40 mA) en el rang de 10–80°. 2θ. Es va utilitzar un espectròmetre d'infrarojos de transformada de Fourier (ATR-FTIR; Nicolet 170sx, Thermo Fisher Scientific Incorporation) per analitzar les característiques químiques del teixit de polipropilè modificat superficialment. El contingut de modificador de PVA dels teixits compostos Ag/PVA/PP es va mesurar mitjançant anàlisi termogravimètrica (TGA; Mettler Toledo, Suïssa) sota un corrent de nitrogen. L'espectrometria de masses amb plasma d'acoblament inductiu (ICP-MS, ELAN DRC II, Perkin-Elmer (Hong Kong) Co., Ltd.) es va utilitzar per determinar el contingut de plata dels teixits compostos Ag/PVA/PP.
La permeabilitat a l'aire i la taxa de transmissió del vapor d'aigua del teixit compost Ag/PVA/PP (especificació: 78 × 50 cm2) van ser mesurades per una agència de proves externa (Tianfangbiao Standardization Certification and Testing Co., Ltd.) d'acord amb GB/T. 5453-1997 i GB/T 12704.2-2009. Per a cada mostra, es seleccionen deu punts diferents per a la prova, i les dades proporcionades per l'agència són la mitjana dels deu punts.
L'activitat antibacteriana del teixit compost Ag/PVA/PP es va mesurar d'acord amb els estàndards xinesos GB/T 20944.1-2007 i GB/T 20944.3 utilitzant el mètode de difusió en placa d'agar (anàlisi qualitativa) i el mètode de matràs d'agitació (anàlisi quantitativa), respectivament, el 2008. L'activitat antibacteriana del teixit compost Ag/PVA/PP contra Escherichia coli es va determinar en diferents temps de rentat. Per al mètode de difusió en placa d'agar, el teixit compost Ag/PVA/PP de prova es perfora en un disc (diàmetre: 8 mm) utilitzant un punxó i es fixa a una placa de Petri d'agar inoculada amb Escherichia coli (ATCC 25922); 3,4 × 108 UFC ml-1) i després es va incubar a 37 °C i 56% d'humitat relativa durant aproximadament 24 hores. La zona d'inhibició es va analitzar verticalment des del centre del disc fins a la circumferència interior de les colònies circumdants. Utilitzant el mètode del matràs d'agitació, es va preparar una placa plana de 2 × 2 cm2 a partir del teixit compost Ag/PVA/PP provat i es va autoclavar en un ambient de brou a 121 °C i 0,1 MPa durant 30 minuts. Després de l'autoclavació, la mostra es va submergir en un matràs Erlenmeyer de 5 mL que contenia 70 mL de solució de cultiu de brou (concentració de suspensió 1 × 105–4 × 105 UFC/mL) i després es va incubar a una temperatura oscil·lant de 150 °C a rpm i 25 °C durant 18 hores. Després d'agitar, es va recollir una certa quantitat de suspensió bacteriana i es va diluir deu vegades. Es va recollir la quantitat necessària de suspensió bacteriana diluïda, es va estendre sobre un medi d'agar i es va cultivar a 37 °C i 56% d'humitat relativa durant 24 hores. La fórmula per calcular l'eficàcia antibacteriana és: \(\frac{\mathrm{C}-\mathrm{A}}{\mathrm{C}}\cdot 100\%\), on C i A són el nombre de colònies després de 24 hores, respectivament. Cultivades en grup de control i teixit compost Ag/PVA/PP.
La durabilitat dels teixits compostos Ag/PVA/PP es va avaluar mitjançant rentat segons la norma ISO 105-C10:2006.1A. Durant el rentat, submergiu el teixit compost Ag/PVA/PP de prova (30x40 mm2) en una solució aquosa que contingui detergent comercial (5,0 g/L) i renteu-lo a 40 ± 2 rpm i 40 ± 5 rpm/min a alta velocitat. °C 10, 20, 30, 40 i 50 cicles. Després del rentat, el teixit s'esbandeix tres vegades amb aigua i s'asseca a una temperatura de 50-60 °C durant 30 minuts. Es va mesurar el canvi en el contingut de plata després del rentat per determinar el grau d'activitat antibacteriana.
La figura 1 mostra el diagrama esquemàtic de la fabricació del teixit compost Ag/PVA/PP. És a dir, el material no teixit de PP s'immergeix en una solució mixta de PVA i glucosa. El material no teixit impregnat de PP s'asseca per fixar el modificador i l'agent reductor per formar una capa de segellat. El teixit no teixit de polipropilè assecat s'immergeix en una solució d'amoníac de plata per dipositar les nanopartícules de plata in situ. La concentració del modificador, la relació molar de glucosa a amoníac de plata, la concentració d'amoníac de plata i la temperatura de reacció afecten la precipitació de nanopartícules d'Ag, que són factors importants. La figura 2a mostra la dependència de l'angle de contacte amb l'aigua del teixit Ag/PVA/PP respecte a la concentració del modificador. Quan la concentració del modificador augmenta del 0,5% en pes a l'1,0% en pes, l'angle de contacte del teixit Ag/PVA/PP disminueix significativament; quan la concentració del modificador augmenta de l'1,0% en pes al 2,0% en pes, pràcticament no canvia. La figura 2b mostra imatges SEM de fibres de PP pures i teixits Ag/PVA/PP preparats a una concentració d'amoníac de plata de 50 mM i diferents proporcions molars de glucosa i amoníac de plata (1:1, 3:1, 5:1 i 9:1). . imatge. ). La fibra de PP resultant és relativament llisa. Després de l'encapsulació amb pel·lícula de PVA, algunes fibres s'enganxen; a causa de la deposició de nanopartícules de plata, les fibres es tornen relativament rugoses. A mesura que augmenta la relació molar de l'agent reductor a la glucosa, la capa dipositada de nanopartícules d'Ag s'espesseix gradualment, i a mesura que la relació molar augmenta a 5:1 i 9:1, les nanopartícules d'Ag tendeixen a formar agregats. Les imatges macroscòpiques i microscòpiques de la fibra de PP es tornen més uniformes, especialment quan la relació molar de l'agent reductor a la glucosa és de 5:1. Les fotografies digitals de les mostres corresponents obtingudes a 50 mM d'amoníac de plata es mostren a la figura S1.
Canvis en l'angle de contacte amb l'aigua del teixit Ag/PVA/PP a diferents concentracions de PVA (a), imatges SEM del teixit Ag/PVA/PP obtingudes a una concentració d'amoníac de plata de 50 mM i diverses proporcions molars de glucosa i amoníac de plata [(b))); (1) fibra de PP, (2) fibra PVA/PP, (3) proporció molar 1:1, (4) proporció molar 3:1, (5) proporció molar 5:1, (6) proporció molar 9:1], patró de difracció de raigs X (c) i imatge SEM (d) del teixit Ag/PVA/PP obtinguda a concentracions d'amoníac de plata: (1) 5 mM, (2) 10 mM, (3) 30 mM, (4) 50 mM, (5) 90 mM i (6) Ag/PP-30 mM. La temperatura de reacció és de 60 °C.
A la figura 2c es mostra el patró de difracció de raigs X del teixit Ag/PVA/PP resultant. A més del pic de difracció de la fibra PP 37, quatre pics de difracció a 2θ = ∼ 37,8°, 44,2°, 64,1° i 77,3° corresponen a (1 1 1), (2 0 0), (2 2 0), pla cristal·lí (3 1 1) de nanopartícules de plata centrades en cares cúbiques. A mesura que la concentració d'amoníac de plata augmenta de 5 a 90 mM, els patrons de XRD de l'Ag es tornen més nítids, cosa que concorda amb un augment posterior de la cristal·linitat. Segons la fórmula de Scherrer, les mides de gra de les nanopartícules d'Ag preparades amb amoníac de plata de 10 mM, 30 mM i 50 mM es van calcular en 21,3 nm, 23,3 nm i 26,5 nm, respectivament. Això és degut a que la concentració d'amoníac de plata és la força impulsora de la reacció de reducció per formar plata metàl·lica. Amb l'augment de la concentració d'amoníac de plata, augmenta la velocitat de nucleació i creixement de les nanopartícules d'Ag. La figura 2d mostra les imatges SEM de teixits d'Ag/PVA/PP obtingudes a diferents concentracions d'amoníac de plata. A una concentració d'amoníac de plata de 30 mM, la capa dipositada de nanopartícules d'Ag és relativament homogènia. Tanmateix, quan la concentració d'amoníac de plata és massa alta, la uniformitat de la capa de deposició de nanopartícules d'Ag tendeix a disminuir, cosa que pot ser deguda a una forta aglomeració a la capa de deposició de nanopartícules d'Ag. A més, les nanopartícules de plata a la superfície tenen dues formes: esfèrica i escamosa. La mida de les partícules esfèriques és d'aproximadament 20-80 nm, i la mida lateral laminar és d'aproximadament 100-300 nm (Figura S2). La capa de deposició de nanopartícules d'Ag a la superfície del teixit de PP no modificat és desigual. A més, augmentar la temperatura promou la reducció de les nanopartícules d'Ag (Fig. S3), però una temperatura de reacció massa alta no promou la precipitació selectiva de les nanopartícules d'Ag.
La figura 3a representa esquemàticament la relació entre la concentració d'amoníac de plata, la quantitat de plata dipositada i l'activitat antibacteriana del teixit Ag/PVA/PP preparat. La figura 3b mostra els patrons antibacterians de les mostres a diferents concentracions d'amoníac de plata, que poden reflectir directament l'estat antibacterià de les mostres. Quan la concentració d'amoníac de plata va augmentar de 5 mM a 90 mM, la quantitat de precipitació de plata va augmentar de 13,67 g/kg a 481,81 g/kg. A més, a mesura que augmenta la quantitat de deposició de plata, l'activitat antibacteriana contra E. coli inicialment augmenta i després es manté a un nivell alt. Concretament, quan la concentració d'amoníac de plata és de 30 mM, la quantitat de deposició de plata en el teixit Ag/PVA/PP resultant és de 67,62 g/kg i la taxa antibacteriana és del 99,99% i seleccioneu aquesta mostra com a representant per a la posterior caracterització estructural.
(a) Relació entre el nivell d'activitat antibacteriana i la quantitat de capa d'Ag aplicada i la concentració d'amoníac de plata; (b) Fotografies de plaques de cultiu bacterian preses amb una càmera digital que mostren mostres en blanc i mostres preparades amb amoníac de plata de 5 mM, 10 mM, 30 mM, 50 mM i 90 mM. Activitat antibacteriana del teixit Ag/PVA/PP contra Escherichia coli
La figura 4a mostra els espectres FTIR/ATR de PP, PVA/PP, Ag/PP i Ag/PVA/PP. Les bandes d'absorció de la fibra de PP pura a 2950 cm-1 i 2916 cm-1 es deuen a la vibració d'estirament asimètrica dels grups –CH3 i –CH2-, i a 2867 cm-1 i 2837 cm-1 es deuen a la vibració d'estirament simètrica dels grups –CH3 i –CH2 –, –CH3 i –CH2–. Les bandes d'absorció a 1375 cm-1 i 1456 cm-1 s'atribueixen a vibracions de desplaçament asimètriques i simètriques de –CH338.39. L'espectre FTIR de la fibra Ag/PP és similar al de la fibra PP. A més de la banda d'absorció del PP, el nou pic d'absorció a 3360 cm-1 dels teixits PVA/PP i Ag/PVA/PP s'atribueix a l'estirament de l'enllaç d'hidrogen del grup –OH. Això demostra que el PVA s'aplica amb èxit a la superfície de la fibra de polipropilè. A més, el pic d'absorció d'hidroxil del teixit Ag/PVA/PP és lleugerament més feble que el del teixit PVA/PP, cosa que pot ser deguda a la coordinació d'alguns grups hidroxil amb la plata.
Espectre FT-IR (a), corba TGA (b) i espectre de mesura XPS (c) de PP pur, teixit PVA/PP i teixit Ag/PVA/PP, i espectre C 1s de PP pur (d), teixit PVA/PP PP (e) i pic Ag 3d (f) de teixit Ag/PVA/PP.
A la figura 4c es mostren els espectres XPS dels teixits de PP, PVA/PP i Ag/PVA/PP. El senyal feble d'O 1s de la fibra de polipropilè pur es pot atribuir a l'element d'oxigen adsorbit a la superfície; el pic de C 1s a 284,6 eV s'atribueix a CH i CC (vegeu la figura 4d). En comparació amb la fibra de PP pura, el teixit PVA/PP (figura 4e) mostra un alt rendiment a 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) i 288,5 eV (H–C=O)38. A més, l'espectre O 1s del teixit PVA/PP es pot aproximar mitjançant dos pics a 532,3 eV i 533,2 eV41 (Fig. S4), aquests pics C 1s corresponen a C–OH i H–C=O (grups hidroxil del PVA i grup aldehid glucosa), la qual cosa és coherent amb les dades FTIR. El teixit no teixit Ag/PVA/PP conserva l'espectre O 1s de C-OH (532,3 eV) i HC=O (533,2 eV) (Figura S5), que consisteix en un 65,81% (percentatge atòmic) de C, un 22,89% d'O i un 11,31% d'Ag (Fig. S4). En particular, els pics d'Ag 3d5/2 i Ag 3d3/2 a 368,2 eV i 374,2 eV (Fig. 4f) demostren encara més que les nanopartícules d'Ag estan dopades a la superfície del teixit no teixit PVA/PP42.
Les corbes TGA (Fig. 4b) del PP pur, del teixit Ag/PP i del teixit Ag/PVA/PP mostren que experimenten processos de descomposició tèrmica similars, i la deposició de nanopartícules d'Ag condueix a un lleuger augment de la temperatura de degradació tèrmica de les fibres de PP. (de 480 °C (fibres de PP) a 495 °C), possiblement a causa de la formació d'una barrera d'Ag43. Al mateix temps, les quantitats residuals de mostres pures de PP, Ag/PP, Ag/PVA/PP, Ag/PVA/PP-W50 i Ag/PP-W50 després d'escalfar a 800 °C van ser de l'1,32%, 16,26% i 13,86%, respectivament, 9,88% i 2,12% (el sufix W50 aquí es refereix a 50 cicles de rentat). La resta de PP pur s'atribueix a impureses, i la resta de mostres restants a nanopartícules d'Ag, i la diferència en la quantitat residual de mostres carregades amb plata hauria de ser deguda a les diferents quantitats de nanopartícules de plata carregades. A més, després de rentar el teixit Ag/PP 50 vegades, el contingut residual de plata es va reduir en un 94,65%, i el contingut residual de plata del teixit Ag/PVA/PP es va reduir en aproximadament un 31,74%. Això demostra que el recobriment encapsulant de PVA pot millorar eficaçment l'adhesió de les AgNP a la matriu de PP.
Per avaluar la comoditat d'ús, es van mesurar la permeabilitat a l'aire i la taxa de transmissió del vapor d'aigua del teixit de polipropilè preparat. En general, la transpirabilitat està relacionada amb el confort tèrmic de l'usuari, especialment en ambients càlids i humits44. Com es mostra a la Figura 5a, la permeabilitat a l'aire del PP pur és de 2050 mm/s, i després de la modificació del PVA disminueix a 856 mm/s. Això es deu al fet que la pel·lícula de PVA formada a la superfície de la fibra de PP i la part teixida ajuda a reduir els espais entre les fibres. Després d'aplicar nanopartícules d'Ag, la permeabilitat a l'aire del teixit de PP augmenta a causa del consum de recobriment de PVA en aplicar nanopartícules d'Ag. A més, la transpirabilitat dels teixits Ag/PVA/PP tendeix a disminuir a mesura que la concentració d'amoníac de plata augmenta de 10 a 50 mmol. Això pot ser degut al fet que el gruix del dipòsit de plata augmenta a mesura que augmenta la concentració d'amoníac de plata, cosa que ajuda a reduir el nombre de porus i la probabilitat que hi passi vapor d'aigua.
(a) Permeabilitat a l'aire de teixits Ag/PVA/PP preparats amb diferents concentracions d'amoníac de plata; (b) Transmissió de vapor d'aigua de teixits Ag/PVA/PP preparats amb diferents concentracions d'amoníac de plata; (c) Diversos modificadors Corba de tracció del teixit Ag/PVA/PP obtinguda a diferents concentracions; (d) Corba de tracció del teixit Ag/PVA/PP obtinguda a diferents concentracions d'amoníac de plata (també es mostra el teixit Ag/PVA/PP obtingut a una concentració d'amoníac de plata de 30 mM) (Compareu les corbes de tracció dels teixits PP després de 40 cicles de rentat).
La taxa de transmissió del vapor d'aigua és un altre indicador important del confort tèrmic d'un teixit45. Resulta que la permeabilitat a la humitat dels teixits està influenciada principalment per la transpirabilitat i les propietats superficials. És a dir, la permeabilitat a l'aire depèn principalment del nombre de porus; les propietats superficials afecten la permeabilitat a la humitat dels grups hidròfils a través de l'adsorció-difusió-desorció de molècules d'aigua. Com es mostra a la Figura 5b, la permeabilitat a la humitat de la fibra de PP pura és de 4810 g/(m2·24h). Després del segellat amb recobriment de PVA, el nombre de forats a la fibra de PP disminueix, però la permeabilitat a la humitat del teixit PVA/PP augmenta fins a 5070 g/(m2·24h), ja que la seva permeabilitat a la humitat està determinada principalment per les propietats superficials, no pels porus. Després de la deposició de AgNPs, la permeabilitat a la humitat del teixit Ag/PVA/PP va augmentar encara més. En particular, la permeabilitat màxima a la humitat del teixit Ag/PVA/PP obtinguda a una concentració d'amoníac de plata de 30 mM és de 10300 g/(m2·24h). Al mateix temps, la diferent permeabilitat a la humitat dels teixits d'Ag/PVA/PP obtinguts a diferents concentracions d'amoníac de plata pot estar associada amb diferències en el gruix de la capa de deposició de plata i el nombre dels seus porus.
Les propietats mecàniques dels teixits influeixen fortament en la seva vida útil, especialment com a materials reciclables46. La figura 5c mostra la corba de tensió a la tracció del teixit Ag/PVA/PP. La resistència a la tracció del PP pur és de només 2,23 MPa, mentre que la resistència a la tracció de l'1% en pes del teixit PVA/PP augmenta significativament fins a 4,56 MPa, cosa que indica que l'encapsulació del teixit PVA PP ajuda a millorar significativament les seves propietats mecàniques. La resistència a la tracció i l'allargament a la ruptura del teixit PVA/PP augmenten a mesura que augmenta la concentració del modificador PVA, ja que la pel·lícula de PVA pot trencar la tensió i enfortir la fibra de PP. Tanmateix, quan la concentració del modificador augmenta fins a l'1,5% en pes, el PVA enganxós fa que el teixit de polipropilè sigui rígid, cosa que afecta seriosament la comoditat d'ús.
En comparació amb els teixits purs de PP i PVA/PP, la resistència a la tracció i l'elongació a la ruptura dels teixits d'Ag/PVA/PP milloren encara més perquè les nanopartícules d'Ag distribuïdes uniformement a la superfície de les fibres de PP poden distribuir la càrrega47,48. Es pot veure que la resistència a la tracció de la fibra d'Ag/PP és superior a la del PP pur, arribant als 3,36 MPa (Fig. 5d), cosa que confirma l'efecte fort i enfortidor de les nanopartícules d'Ag. En particular, el teixit d'Ag/PVA/PP produït a una concentració d'amoníac de plata de 30 mM (en lloc de 50 mM) presenta una resistència a la tracció i una elongació a la ruptura màximes, cosa que encara es deu a la deposició uniforme de les nanopartícules d'Ag, així com a la deposició uniforme. Agregació de nanopartícules de plata en condicions d'alta concentració d'amoníac de plata. A més, després de 40 cicles de rentat, la resistència a la tracció i l'allargament a la ruptura del teixit Ag/PVA/PP preparat a una concentració d'amoníac de plata de 30 mM van disminuir un 32,7% i un 26,8%, respectivament (Fig. 5d), cosa que pot estar associada a una petita pèrdua de nanopartícules de plata dipositades després d'això.
Les figures 6a i b mostren fotografies de càmera digital de teixit Ag/PVA/PP i teixit Ag/PP després de rentar-los durant 0, 10, 20, 30, 40 i 50 cicles a una concentració de 30 mM d'amoníac de plata. El teixit Ag/PVA/PP gris fosc i el teixit Ag/PP es tornen gradualment gris clar després del rentat; i el canvi de color del primer durant el rentat no sembla ser tan greu com el del segon. A més, en comparació amb el teixit Ag/PP, el contingut de plata del teixit Ag/PVA/PP va disminuir relativament lentament després del rentat; després de rentar-los 20 o més vegades, el primer va conservar un contingut de plata més alt que el segon (Fig. 6c). Això indica que encapsular fibres de PP amb recobriment de PVA pot millorar significativament l'adhesió de les nanopartícules d'Ag a les fibres de PP. La figura 6d mostra les imatges SEM del teixit Ag/PVA/PP i del teixit Ag/PP després de rentar-los durant 10, 40 i 50 cicles. Els teixits d'Ag/PVA/PP experimenten menys pèrdua de nanopartícules d'Ag durant el rentat que els teixits d'Ag/PP, de nou perquè el recobriment encapsulant de PVA ajuda a millorar l'adhesió de les nanopartícules d'Ag a les fibres de PP.
(a) Fotografies de teixit Ag/PP preses amb una càmera digital (preses a una concentració d'amoníac de plata de 30 mM) després de rentar-les durant 0, 10, 20, 30, 40 i 50 cicles (1-6); (b) Fotografies Ag/PVA/PP de teixits preses amb una càmera digital (preses a una concentració d'amoníac de plata de 30 mM) després de rentar-les durant 0, 10, 20, 30, 40 i 50 cicles (1-6); (c) Canvis en el contingut de plata dels dos teixits al llarg dels cicles de rentat; (d) Imatges SEM de teixit Ag/PVA/PP (1-3) i teixit Ag/PP (4-6) després de 10, 40 i 50 cicles de rentat.
La figura 7 mostra l'activitat antibacteriana i les fotografies de càmera digital dels teixits Ag/PVA/PP contra E. coli després de 10, 20, 30 i 40 cicles de rentat. Després de 10 i 20 rentats, el rendiment antibacterià dels teixits Ag/PVA/PP es va mantenir al 99,99% i 99,93%, demostrant una excel·lent activitat antibacteriana. El nivell antibacterià del teixit Ag/PVA/PP va disminuir lleugerament després de 30 i 40 rentats, cosa que es va deure a la pèrdua de nanopartícules d'Ag després d'un rentat a llarg termini. Tanmateix, la taxa antibacteriana del teixit Ag/PP després de 40 rentats és només del 80,16%. És obvi que l'efecte antibacterià del teixit Ag/PP després de 40 cicles de rentat és molt menor que el del teixit Ag/PVA/PP.
(a) Nivell d'activitat antibacteriana contra E. coli. (b) A tall de comparació, també es mostren fotografies del teixit Ag/PVA/PP fetes amb una càmera digital després de rentar el teixit Ag/PP a una concentració de 30 mM d'amoníac de plata durant 10, 20, 30, 40 i 40 cicles.
A la figura 8, la figura 8 mostra esquemàticament la fabricació de teixit Ag/PVA/PP a gran escala mitjançant una ruta de rotlle a rotlle de dues etapes. És a dir, la solució de PVA/glucosa es va submergir al marc del rotlle durant un cert període de temps, després es va treure i es va impregnar amb una solució d'amoníac de plata de la mateixa manera per obtenir teixit Ag/PVA/PP. (Fig. 8a). El teixit Ag/PVA/PP resultant encara conserva una excel·lent activitat antibacteriana fins i tot si es deixa durant 1 any. Per a la preparació a gran escala de teixits Ag/PVA/PP, els no teixits de PP resultants es van impregnar en un procés de rotlle continu i després es van passar seqüencialment per una solució de PVA/glucosa i una solució d'amoníac de plata i es van processar. dos mètodes. Vídeos adjunts. El temps d'impregnació es controla ajustant la velocitat del corró i la quantitat de solució adsorbida es controla ajustant la distància entre els corrons (Fig. 8b), obtenint així el teixit no teixit Ag/PVA/PP objectiu de gran mida (50 cm × 80 cm) i el corró de recollida. Tot el procés és senzill i eficient, cosa que afavoreix la producció a gran escala.
Diagrama esquemàtic de la producció de productes objectiu de grans dimensions (a) i diagrama esquemàtic del procés de laminació per a la producció de materials no teixits d'Ag/PVA/PP (b).
Els teixits no teixits de PVA/PP que contenen plata es produeixen mitjançant una tecnologia senzilla de deposició en fase líquida in situ combinada amb la ruta de rotlle a rotlle. En comparació amb el teixit PP i el teixit PVA/PP, les propietats mecàniques del teixit no teixit Ag/PVA/PP preparat milloren significativament perquè la capa de segellat de PVA pot millorar significativament l'adhesió de les nanopartícules d'Ag a les fibres de PP. A més, la quantitat de càrrega de PVA i el contingut de nanopartícules de plata al teixit no teixit Ag/PVA/PP es poden controlar bé ajustant les concentracions de la solució de PVA/glucosa i la solució d'amoníac de plata. En particular, el teixit no teixit Ag/PVA/PP preparat amb una solució d'amoníac de plata de 30 mM va mostrar les millors propietats mecàniques i va mantenir una excel·lent activitat antibacteriana contra E. coli fins i tot després de 40 cicles de rentat, mostrant un bon potencial antiincrustant. Material no teixit de PP. En comparació amb altres dades de la literatura, els teixits obtinguts per nosaltres mitjançant mètodes més senzills van mostrar una millor resistència al rentat. A més, el teixit no teixit Ag/PVA/PP resultant té una permeabilitat a la humitat i una comoditat ideals, cosa que pot facilitar la seva aplicació en aplicacions industrials.
Incloeu totes les dades obtingudes o analitzades durant aquest estudi (i els seus fitxers d'informació de suport).
Russell, SM et al. Biosensors per combatre la tempesta de citocines de la COVID-19: reptes futurs. ACS Sens. 5, 1506–1513 (2020).
Zaeem S, Chong JH, Shankaranarayanan V i Harkey A. COVID-19 i respostes multiorgàniques. current. question. heart. 45, 100618 (2020).
Zhang R, et al. Les estimacions del nombre de casos de coronavirus el 2019 a la Xina s'ajusten per estadi i regions endèmiques. front. medicine. 14, 199–209 (2020).
Gao J. et al. Material compost de teixit de polipropilè no teixit, flexible, superhidròfob i altament conductor per a la protecció contra interferències electromagnètiques. Chemical. engineer. J. 364, 493–502 (2019).
Raihan M. et al. Desenvolupament de pel·lícules nanocomposites multifuncionals de poliacrilonitril/plata: activitat antibacteriana, activitat catalítica, conductivitat, protecció UV i sensors SERS actius. J. Matt. resource. technologies. 9, 9380–9394 (2020).
Dawadi S, Katuwal S, Gupta A, Lamichane U i Parajuli N. Recerca actual sobre nanopartícules de plata: síntesi, caracterització i aplicacions. J. Nanomaterials. 2021, 6687290 (2021).
Deng Da, Chen Zhi, Hu Yong, Ma Jian, Tong YDN Un procés senzill per preparar tinta conductora a base de plata i aplicar-la a superfícies selectives en freqüència. Nanotechnology 31, 105705–105705 (2019).
Hao, Y. et al. Els polímers hiperramificats permeten l'ús de nanopartícules de plata com a estabilitzadors per a la impressió per raig de tinta de circuits flexibles. R. Shuker. Chemical. 43, 2797–2803 (2019).
Keller P i Kawasaki HJML Xarxes de venes foliars conductores produïdes per autoacoblament de nanopartícules de plata per a possibles aplicacions en sensors flexibles. Matt. Wright. 284, 128937.1-128937.4 (2020).
Li, J. et al. Nanosferes i matrius de sílice decorades amb nanopartícules de plata com a substrats potencials per a la dispersió Raman millorada a la superfície. ASU Omega 6, 32879–32887 (2021).
Liu, X. et al. Sensor de dispersió Raman (SERS) millorat en superfície flexible a gran escala amb alta estabilitat i uniformitat del senyal. ACS Application Matt. Interfaces 12, 45332–45341 (2020).
Sandeep, KG et al. Una heteroestructura jeràrquica de nanorods de ful·lerè decorats amb nanopartícules de plata (Ag-FNR) serveix com a substrat SERS independent d'una sola partícula. física. química. física química. 27, 18873–18878 (2018).
Emam, HE i Ahmed, HB Estudi comparatiu de nanoestructures homometàl·liques i heterometàl·liques basades en agar durant la degradació catalitzada per colorants. internacionalitat. J. Biol. Molècules grans. 138, 450–461 (2019).
Emam, HE, Mikhail, MM, El-Sherbiny, S., Nagy, KS i Ahmed, HB Nanocatàlisi dependent de metalls per a la reducció de contaminants aromàtics. Dimecres. La ciència. Contaminar. Recurs. Internacionalitat. 27, 6459–6475 (2020).
Ahmed HB i Emam HE Nanoestructures de triple nucli-escorça (Ag-Au-Pd) cultivades a partir de llavors a temperatura ambient per a una possible purificació d'aigua. Polímer. Prova. 89, 106720 (2020).
Data de publicació: 26 de novembre de 2023