Täname teid Nature.com-i külastamise eest. Teie kasutataval brauseri versioonil on piiratud CSS-i tugi. Parima tulemuse saavutamiseks soovitame kasutada brauseri uuemat versiooni (või lülitada Internet Exploreris ühilduvusrežiimi välja). Seni kuvame saiti jätkuva toe tagamiseks ilma stiili ja JavaScriptita.
Tänapäeval on antibakteriaalsete omadustega funktsionaalsed kangad populaarsemad. Vastupidavate ja järjepidevate omadustega funktsionaalsete kangaste kulutõhus tootmine on aga endiselt väljakutse. Polüpropüleenist (PP) lausriide modifitseerimiseks kasutati polüvinüülalkoholi (PVA) ja seejärel sadestati hõbenanoosakesed (AgNP-d) kohapeal, et toota PVA-modifitseeritud AgNP-dega laetud PP-d (edaspidi AgNP-d). /PVA/PP) kangast. PP-kiudude kapseldamine PVA-kattega aitab oluliselt parandada laetud Ag NP-de adhesiooni PP-kiududega ning Ag/PVA/PP lausriidel on oluliselt paremad mehaanilised omadused ja vastupidavus Escherichia colile (edaspidi E. coli). Üldiselt on 30 mM hõbenammooniumi kontsentratsiooniga toodetud Ag/PVA/PP lausriidel paremad mehaanilised omadused ja antibakteriaalse kaitse määr E. coli vastu ulatub 99,99%-ni. Kangas säilitab suurepärase antibakteriaalse aktiivsuse ka pärast 40 pesukorda ja seda saab korduvalt kasutada. Lisaks on Ag/PVA/PP lausriidel tänu heale õhu- ja niiskusläbilaskvusele tööstuses laialdased rakendusvõimalused. Lisaks oleme välja töötanud ka rull-rull tehnoloogia ja teinud esialgseid uuringuid selle meetodi teostatavuse testimiseks.
Majandusliku globaliseerumise süvenemisega on ulatuslik rahvastiku liikumine oluliselt suurendanud viiruse leviku võimalust, mis selgitab hästi, miks uudsel koroonaviirusel on nii tugev võime levida üle maailma ja seda on raske ennetada1,2,3. Selles mõttes on tungiv vajadus töötada välja uusi antibakteriaalseid materjale, näiteks polüpropüleenist (PP) lausriideid meditsiiniliste kaitsematerjalidena. Polüpropüleenist lausriide eelisteks on madal tihedus, keemiline inertsus ja madal hind4, kuid sellel puudub antibakteriaalne võime, lühike kasutusiga ja madal kaitsetõhusus. Seetõttu on PP-lausriidetele antibakteriaalsete omaduste andmine väga oluline.
Iidse antibakteriaalse ainena on hõbe läbinud viis arenguetappi: kolloidne hõbelahus, hõbesulfadiasiin, hõbesool, valguhõbe ja nanohõbe. Hõbeda nanoosakesi kasutatakse üha enam sellistes valdkondades nagu meditsiin5,6, juhtivus7,8,9, pinna võimendatud Ramani hajumine10,11,12, värvainete katalüütiline lagundamine13,14,15,16 jne. Eelkõige on hõbeda nanoosakestel (AgNP-del) eelised traditsiooniliste antimikroobsete ainete, näiteks metallisoolade, kvaternaarsete ammooniumühendite ja triklosaani ees tänu nende nõutavale bakteriaalsele resistentsusele, stabiilsusele, madalale hinnale ja keskkonnasõbralikkusele17,18,19. Lisaks saab suure eripinna ja kõrge antibakteriaalse aktiivsusega hõbeda nanoosakesi kinnitada villakangastele20, puuvillakangastele21,22, polüesterkangastele ja muudele kangastele, et saavutada antibakteriaalsete hõbeosakeste kontrollitud ja püsiv vabanemine23,24. See tähendab, et AgNP-de kapseldamise abil on võimalik luua antibakteriaalse aktiivsusega PP-kangaid. PP-lausriidel puuduvad aga funktsionaalsed rühmad ja madal polaarsus, mis ei soodusta AgNP-de kapseldamist. Selle puuduse ületamiseks on mõned teadlased püüdnud Ag-nanoosakesi PP-kangaste pinnale sadestada, kasutades mitmesuguseid modifitseerimismeetodeid, sealhulgas plasmapihustamist26,27, kiirguspookimist28,29,30,31 ja pinnakatmist32. Näiteks Goli jt [33] lisasid PP-lausriide pinnale valgu katte, valgu kihi perifeerias olevad aminohapped võivad olla AgNP-de sidumise ankurpunktideks, saavutades seeläbi head antibakteriaalsed omadused. Li ja kaastöötajad34 leidsid, et ultraviolettkiirgusega (UV) söövitamise teel poogitud N-isopropüülakrüülamiid ja N-(3-aminopropüül)metakrüülamiidvesinikkloriid näitasid tugevat antimikroobset aktiivsust, kuigi UV-söövitusprotsess on keeruline ja võib halvendada kiudude mehaanilisi omadusi. Oliani jt valmistasid suurepärase antibakteriaalse aktiivsusega Ag NP-PP geelkiled, töödeldes puhast PP-d gammakiirgusega; aga ka nende meetod oli keeruline. Seega on endiselt väljakutseks tõhusalt ja lihtsalt toota taaskasutatavat polüpropüleenist lausriiet soovitud antimikroobse aktiivsusega.
Selles uuringus kasutatakse polüpropüleenist kangaste modifitseerimiseks polüvinüülalkoholi, mis on keskkonnasõbralik ja odav membraanmaterjal, millel on hea kile moodustamise võime, kõrge hüdrofiilsus ning suurepärane füüsikaline ja keemiline stabiilsus. Redutseerijana kasutatakse glükoosi36. Modifitseeritud PP pinnaenergia suurenemine soodustab AgNP-de selektiivset sadestumist. Võrreldes puhta PP-kangaga näitas valmistatud Ag/PVA/PP-kangas head taaskasutatavust, suurepärast antibakteriaalset aktiivsust E. coli vastu, häid mehaanilisi omadusi isegi pärast 40 pesutsüklit ning märkimisväärset hingavust, soo- ja niiskusläbilaskvust.
PP-lausriie erikaaluga 25 g/m2 ja paksusega 0,18 mm tarnis Jiyuan Kang'an Sanitary Materials Co., Ltd. (Jiyuan, Hiina) ja lõigati 5 × 5 cm2 mõõtmetega lehtedeks. Hõbenitraat (99,8%; AR) osteti firmalt Xilong Scientific Co., Ltd. (Shantou, Hiina). Glükoos osteti firmalt Fuzhou Neptune Fuyao Pharmaceutical Co., Ltd. (Fuzhou, Hiina). Polüvinüülalkohol (tööstusliku kvaliteediga reagent) osteti firmalt Tianjin Sitong Chemical Factory (Tianjin, Hiina). Lahusti või loputusvahendina kasutati deioniseeritud vett, mis valmistati meie laboris. Toiteagar ja puljong osteti firmalt Beijing Aoboxing Biotechnology Co., Ltd. (Peking, Hiina). E. coli tüvi (ATCC 25922) osteti firmalt Zhangzhou Bochuang Company (Zhangzhou, Hiina).
Saadud PP-kudet pesti ultraheliga etanoolis 15 minutit. Saadud PVA lisati vette ja kuumutati 95 °C juures 2 tundi, et saada vesilahus. Seejärel lahustati glükoos 10 ml PVA lahuses massifraktsiooniga 0,1%, 0,5%, 1,0% ja 1,5%. Puhastatud polüpropüleenist lausriie kasteti PVA/glükoosi lahusesse ja kuumutati temperatuuril 60 °C 1 tund. Pärast kuumutamise lõppu eemaldati PP-ga immutatud lausriie PVA/glükoosi lahusest ja kuivatati temperatuuril 60 °C 0,5 tundi, et moodustada kanga pinnale PVA-kile, saades seeläbi PVA/PP-komposiittekstiili.
Hõbenitraat lahustatakse toatemperatuuril pidevalt segades 10 ml vees ja lisatakse tilkhaaval ammoniaaki, kuni lahus muutub selgest pruuniks ja seejärel uuesti selgeks, et saada hõbenitraat (5–90 mM). PVA/PP lausriie asetatakse hõbenitraatlahusesse ja kuumutatakse seda 60 °C juures 1 tund, et moodustada kanga pinnale hõbenanoosakesi, seejärel loputatakse seda kolm korda veega ja kuivatatakse 60 °C juures 0,5 tundi, et saada hõbenitraat/PVA/PP komposiitkangas.
Pärast eelkatseid ehitasime laboris rull-rull seadme komposiitkangaste suuremahuliseks tootmiseks. Rullid on valmistatud PTFE-st, et vältida kõrvaltoimeid ja saastumist. Selle protsessi käigus saab immutusaega ja adsorbeeritud lahuse kogust reguleerida rullide kiiruse ja rullide vahelise kauguse muutmise teel, et saada soovitud Ag/PVA/PP komposiitkangas.
Koepinna morfoloogiat uuriti VEGA3 skaneeriva elektronmikroskoobi (SEM; Japan Electronics, Jaapan) abil kiirenduspingel 5 kV. Hõbeda nanoosakeste kristallstruktuuri analüüsiti röntgendifraktsiooni abil (XRD; Bruker, D8 Advanced, Saksamaa; Cu Kα kiirgus, λ = 0,15418 nm; pinge: 40 kV, vool: 40 mA) vahemikus 10–80°. 2θ. Pinna modifitseeritud polüpropüleenist kanga keemiliste omaduste analüüsimiseks kasutati Fourier' teisendusega infrapunaspektromeetrit (ATR-FTIR; Nicolet 170sx, Thermo Fisher Scientific Incorporation). Ag/PVA/PP komposiitkangaste PVA modifikaatori sisaldust mõõdeti termogravimeetrilise analüüsi abil (TGA; Mettler Toledo, Šveits) lämmastikuvoolus. Ag/PVA/PP komposiitkangaste hõbedasisalduse määramiseks kasutati induktiivselt sidestatud plasma massispektromeetriat (ICP-MS, ELAN DRC II, Perkin-Elmer (Hong Kong) Co., Ltd.).
Ag/PVA/PP komposiitkanga (spetsifikatsioon: 78 × 50 cm2) õhu läbilaskvust ja veeauru läbilaskvust mõõtis sõltumatu testimisasutus (Tianfangbiao Standardization Certification and Testing Co., Ltd.) vastavalt standarditele GB/T. 5453-1997 ja GB/T 12704.2-2009. Iga proovi jaoks valiti testimiseks kümme erinevat punkti ja asutuse esitatud andmed on kümne punkti keskmine.
Ag/PVA/PP komposiitkanga antibakteriaalset aktiivsust mõõdeti vastavalt Hiina standarditele GB/T 20944.1-2007 ja GB/T 20944.3-, kasutades vastavalt agarplaadi difusioonimeetodit (kvalitatiivne analüüs) ja loksutuskolvi meetodit (kvantitatiivne analüüs) 2008. aastal. Ag/PVA/PP komposiitkanga antibakteriaalset aktiivsust Escherichia coli vastu määrati erinevatel pesuaegadel. Agarplaadi difusioonimeetodi puhul stantsitakse test-Ag/PVA/PP komposiitkangas stantsi abil kettaks (läbimõõt: 8 mm) ja kinnitatakse Escherichia coliga (ATCC 25922) inokuleeritud agar-Petri tassi. ; 3,4 × 108 CFU ml-1) ning inkubeeritakse seejärel temperatuuril 37 °C ja 56% suhtelise õhuniiskuse juures ligikaudu 24 tundi. Inhibeerimisvööndit analüüsiti vertikaalselt ketta keskpunktist ümbritsevate kolooniate sisemise perimeetrini. Loksutuskolvi meetodil valmistati testitud Ag/PVA/PP komposiitkangast 2 × 2 cm2 lameplaat ja autoklaaviti seda puljongikeskkonnas temperatuuril 121 °C ja rõhul 0,1 MPa 30 minutit. Pärast autoklaavimist kasteti proov 5 ml Erlenmeyeri kolbi, mis sisaldas 70 ml puljongikultuuri lahust (suspensiooni kontsentratsioon 1 × 105–4 × 105 CFU/ml), ja inkubeeriti seejärel võnkuva temperatuuri juures 150 °C p/min ja temperatuuril 25 °C 18 tundi. Pärast loksutamist koguti teatud kogus bakterisuspensiooni ja lahjendati seda kümnekordselt. Koguti vajalik kogus lahjendatud bakterisuspensiooni, laotati see agarsöötmele ja kultiveeriti temperatuuril 37 °C ja 56% suhtelise õhuniiskuse juures 24 tundi. Antibakteriaalse efektiivsuse arvutamise valem on: \(\frac{\mathrm{C}-\mathrm{A}}{\mathrm{C}}\cdot 100\%\), kus C ja A on vastavalt kolooniate arv 24 tunni pärast. Kultiveeritud kontrollrühmas ja Ag/PVA/PP komposiitkoes.
Ag/PVA/PP komposiitkangaste vastupidavust hinnati pesemise teel vastavalt standardile ISO 105-C10:2006.1A. Pesemise ajal kasteti testkangas (30x40mm2) kaubanduslikku pesuvahendit (5,0 g/l) sisaldavasse vesilahusesse ja pesti seda kiirusel 40±2 p/min ja 40±5 p/min suurel kiirusel. °C 10, 20, 30, 40 ja 50 tsüklit. Pärast pesemist loputati kangast kolm korda veega ja kuivatati temperatuuril 50–60 °C 30 minutit. Antibakteriaalse aktiivsuse astme määramiseks mõõdeti hõbedasisalduse muutust pärast pesemist.
Joonis 1 näitab Ag/PVA/PP komposiitkanga valmistamise skemaatilist diagrammi. See tähendab, et PP-lausmaterjal kastetakse PVA ja glükoosi segatud lahusesse. PP-ga immutatud lausmaterjal kuivatatakse, et fikseerida modifikaator ja redutseerija ning moodustada tihenduskiht. Kuivatatud polüpropüleenist lausriie kastetakse hõbenanomaagi lahusesse, et sadestada hõbenanoosakesed kohapeal. Modifikaatori kontsentratsioon, glükoosi ja hõbenanomaagi molaarsuhe, hõbenanomaagi kontsentratsioon ja reaktsioonitemperatuur mõjutavad Ag NP-de sadestumist. Joonis 2a näitab Ag/PVA/PP kanga veekontaktnurga sõltuvust modifikaatori kontsentratsioonist. Kui modifikaatori kontsentratsioon suureneb 0,5 massiprotsendilt 1,0 massiprotsendini, väheneb Ag/PVA/PP kanga kontaktnurk oluliselt; kui modifikaatori kontsentratsioon suureneb 1,0 massiprotsendilt 2,0 massiprotsendini, siis see praktiliselt ei muutu. Joonis 2b näitab puhaste PP-kiudude ja Ag/PVA/PP-kangaste SEM-pilte, mis on valmistatud 50 mM hõbeammoniaagi kontsentratsioonil ja erinevate glükoosi ja hõbeammoniaagi molaarsuhete (1:1, 3:1, 5:1 ja 9:1) juures. . pilt. ). Saadud PP-kiud on suhteliselt sile. Pärast PVA-kilega kapseldamist on mõned kiud kokku liimitud; Hõbeda nanoosakeste sadestumise tõttu muutuvad kiud suhteliselt karedaks. Redutseerija ja glükoosi molaarsuhte suurenedes pakseneb sadestunud Ag NP-de kiht järk-järgult ning molaarsuhte suurenedes 5:1 ja 9:1-ni kipuvad Ag NP-d moodustama agregaate. PP-kiudude makroskoopilised ja mikroskoopilised pildid muutuvad ühtlasemaks, eriti kui redutseerija ja glükoosi molaarsuhe on 5:1. 50 mM hõbeammoniaagi kontsentratsioonil saadud vastavate proovide digitaalfotod on näidatud joonisel S1.
Ag/PVA/PP kanga veekontaktnurga muutused erinevate PVA kontsentratsioonide juures (a), Ag/PVA/PP kanga SEM-kujutised, mis on saadud hõbeammoniaagi kontsentratsioonil 50 mM ja glükoosi ja hõbeammoniaagi erinevate molaarsuhete juures [(b))); (1) PP-kiud, (2) PVA/PP-kiud, (3) molaarsuhe 1:1, (4) molaarsuhe 3:1, (5) molaarsuhe 5:1, (6) molaarsuhe 9:1], Ag/PVA/PP kanga röntgendifraktsioonimuster (c) ja SEM-kujutis (d), mis on saadud hõbeammoniaagi kontsentratsioonidel: (1) 5 mM, (2) 10 mM, (3) 30 mM, (4) 50 mM, (5) 90 mM ja (6) Ag/PP-30 mM. Reaktsioonitemperatuur on 60 °C.
Joonisel fig 2c on näidatud saadud Ag/PVA/PP kanga röntgendifraktsioonimuster. Lisaks PP-kiu 37 difraktsioonipiigile vastavad neli difraktsioonipiiki nurkadel 2θ = ∼ 37,8°, 44,2°, 64,1° ja 77,3° kuubiliste tahukesksete hõbeda nanoosakeste (1 1 1), (2 0 0), (2 2 0) ja kristalltasandile (3 1 1). Kui hõbeammoniaagi kontsentratsioon suureneb 5 mM-lt 90 mM-ni, muutuvad Ag röntgendifraktsiooni mustrid teravamaks, mis on kooskõlas järgneva kristallilisuse suurenemisega. Scherreri valemi kohaselt arvutati 10 mM, 30 mM ja 50 mM hõbeammoniaagiga valmistatud hõbeda nanoosakeste terasuuruseks vastavalt 21,3 nm, 23,3 nm ja 26,5 nm. See on tingitud asjaolust, et hõbeammoniaagi kontsentratsioon on metallilise hõbeda moodustumise redutseerimisreaktsiooni liikumapanev jõud. Hõbedammoniaagi kontsentratsiooni suurenedes suureneb Ag NP-de tuumastumise ja kasvu kiirus. Joonis 2d näitab Ag/PVA/PP-kangaste SEM-pilte, mis on saadud erinevate Ag ammoniaagi kontsentratsioonide juures. Hõbedammoniaagi kontsentratsiooni 30 mM korral on sadestunud Ag NP-de kiht suhteliselt homogeenne. Kui aga hõbedammoniaagi kontsentratsioon on liiga kõrge, kipub Ag NP sadestuskihi ühtlus vähenema, mis võib olla tingitud tugevast aglomeratsioonist Ag NP sadestuskihis. Lisaks on pinnal olevatel hõbedananoosakestel kaks kuju: sfäärilised ja soomuselised. Sfäärilise osakese suurus on umbes 20–80 nm ja lamellaarse külgsuuruse suurus on umbes 100–300 nm (joonis S2). Ag nanoosakeste sadestuskiht modifitseerimata PP-kanga pinnal on ebaühtlane. Lisaks soodustab temperatuuri tõstmine Ag NP-de redutseerimist (joonis S3), kuid liiga kõrge reaktsioonitemperatuur ei soodusta Ag NP-de selektiivset sadestumist.
Joonis 3a kujutab skemaatiliselt valmistatud Ag/PVA/PP kanga hõbeammoniaagi kontsentratsiooni, sadestunud hõbeda hulga ja antibakteriaalse aktiivsuse vahelist seost. Joonis 3b näitab proovide antibakteriaalseid mustreid hõbeammoniaagi erinevate kontsentratsioonide juures, mis võivad otseselt kajastada proovide antibakteriaalset staatust. Kui hõbeammoniaagi kontsentratsioon suurenes 5 mM-lt 90 mM-ni, suurenes hõbeda sadestumise hulk 13,67 g/kg-lt 481,81 g/kg-ni. Lisaks, hõbeda sadestumise hulga suurenedes suureneb esialgu antibakteriaalne aktiivsus E. coli vastu ja püsib seejärel kõrgel tasemel. Täpsemalt, kui hõbeammoniaagi kontsentratsioon on 30 mM, on hõbeda sadestumise hulk saadud Ag/PVA/PP kangale 67,62 g/kg ja antibakteriaalne määr on 99,99%. See proov valitakse edasise struktuurilise iseloomustamise esindajaks.
(a) Antibakteriaalse aktiivsuse taseme ja pealekantud Ag-kihi koguse ning hõbeammoniaagi kontsentratsiooni vaheline seos; (b) Digitaalkaameraga tehtud bakterikultuuriplaatide fotod, mis näitavad tühje proove ja proove, mis on valmistatud 5 mM, 10 mM, 30 mM, 50 mM ja 90 mM hõbeammoniaagi abil. Ag/PVA/PP-kanga antibakteriaalne toime Escherichia coli vastu
Joonis 4a näitab PP, PVA/PP, Ag/PP ja Ag/PVA/PP FTIR/ATR spektreid. Puhta PP-kiu neeldumisribad lainearvudel 2950 cm-1 ja 2916 cm-1 on tingitud –CH3 ja –CH2- rühmade asümmeetrilisest venitusvibratsioonist ning lainearvudel 2867 cm-1 ja 2837 cm-1 on need tingitud –CH3 ja –CH2 rühmade –, –CH3 ja –CH2– sümmeetrilisest venitusvibratsioonist. Neeldumisribad lainearvudel 1375 cm-1 ja 1456 cm-1 on omistatud –CH338.39 asümmeetrilistele ja sümmeetrilistele nihkevibratsioonidele. Ag/PP-kiu FTIR-spekter on sarnane PP-kiu omaga. Lisaks PP neeldumisribale on PVA/PP ja Ag/PVA/PP kangaste uus neeldumispiik lainearvul 3360 cm-1 omistatud –OH rühma vesiniksideme venitusele. See näitab, et PVA-d on edukalt polüpropüleenkiudude pinnale kantud. Lisaks on Ag/PVA/PP kanga hüdroksüülrühma neeldumise piik veidi nõrgem kui PVA/PP kangal, mis võib olla tingitud mõnede hüdroksüülrühmade koordineerumisest hõbedaga.
Puhta PP, PVA/PP kanga ja Ag/PVA/PP kanga FT-IR spekter (a), TGA kõver (b) ja XPS mõõtespekter (c) ning puhta PP (d), PVA/PP PP kanga (e) C1s spekter ja Ag/PVA/PP kanga Ag 3d piik (f).
Joonisel fig 4c on näidatud PP, PVA/PP ja Ag/PVA/PP kangaste XPS-spektrid. Puhta polüpropüleenkiu nõrka O 1s signaali võib omistada pinnale adsorbeerunud hapnikuelemendile; C 1s piik 284,6 eV juures on omistatav CH-le ja CC-le (vt joonis 4d). Võrreldes puhta PP-kiuga näitab PVA/PP kangas (joonis 4e) kõrget jõudlust 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) ja 288,5 eV (H–C=O)38 juures. Lisaks saab PVA/PP kanga O 1s spektrit lähendada kahe piigi abil 532,3 eV ja 533,2 eV juures41 (joonis S4), need C 1s piigid vastavad C–OH ja H–C=O (PVA hüdroksüülrühmad ja aldehüüdglükoosi rühm), mis on kooskõlas FTIR-andmetega. Ag/PVA/PP lausriie säilitab C-OH (532,3 eV) ja HC=O (533,2 eV) O 1s spektri (joonis S5), mis koosneb 65,81% (aatomiprotsent) C-st, 22,89% O-st ja 11,31% Ag-st (joonis S4). Täpsemalt tõestavad Ag 3d5/2 ja Ag 3d3/2 piigid 368,2 eV ja 374,2 eV juures (joonis 4f), et Ag NP-d on legeeritud PVA/PP42 lausriide pinnale.
Puhta PP, Ag/PP kanga ja Ag/PVA/PP kanga TGA kõverad (joonis 4b) näitavad, et need läbivad sarnaseid termilise lagunemise protsesse ning Ag NP-de sadestumine viib PP-kiudude PVA/PP-kiudude termilise lagunemise temperatuuri kerge tõusuni (480 °C-lt (PP-kiud) kuni 495 °C-ni), mis on võimalik, et Ag-barjääri43 moodustumise tõttu. Samal ajal olid PP, Ag/PP, Ag/PVA/PP, Ag/PVA/PP-W50 ja Ag/PP-W50 puhaste proovide jääkkogused pärast kuumutamist temperatuuril 800 °C vastavalt 1,32%, 16,26% ja 13,86%. (järelliide W50 viitab siin 50 pesutsüklile). Ülejäänud puhas PP omistatakse lisanditele ja ülejäänud proovid Ag NP-dele ning hõbedaga laetud proovide jääkkoguse erinevus peaks tulenema neile laetud hõbeda nanoosakeste erinevast kogusest. Lisaks vähenes pärast Ag/PP kanga 50-kordset pesemist jääkhõbeda sisaldus 94,65% ja Ag/PVA/PP kanga jääkhõbeda sisaldus umbes 31,74%. See näitab, et PVA-d kapseldav kate suudab tõhusalt parandada AgNP-de adhesiooni PP maatriksiga.
Kandmismugavuse hindamiseks mõõdeti valmistatud polüpropüleenkanga õhu läbilaskvust ja veeauru läbilaskvust. Üldiselt on hingavus seotud kasutaja termilise mugavusega, eriti kuumas ja niiskes keskkonnas44. Nagu joonisel 5a näidatud, on puhta PP õhu läbilaskvus 2050 mm/s ja pärast PVA modifitseerimist väheneb see 856 mm/s-ni. Selle põhjuseks on asjaolu, et PP-kiu ja kootud osa pinnale moodustunud PVA-kile aitab vähendada kiudude vahelisi tühimikke. Pärast Ag NP-de pealekandmist suureneb PP-kanga õhu läbilaskvus PVA-katte kulumise tõttu Ag NP-de pealekandmisel. Lisaks kipub Ag/PVA/PP-kangaste hingavus vähenema, kui hõbeammoniaagi kontsentratsioon suureneb 10 mmol-lt 50 mmol-ni. See võib olla tingitud asjaolust, et hõbeda kihi paksus suureneb hõbeammoniaagi kontsentratsiooni suurenemisega, mis aitab vähendada pooride arvu ja veeauru läbimise tõenäosust neist.
(a) Erineva hõbeammoniaagiga erineva kontsentratsiooniga valmistatud Ag/PVA/PP kangaste õhuläbilaskvus; (b) Erineva hõbeammoniaagiga erineva kontsentratsiooniga valmistatud Ag/PVA/PP kangaste veeauru läbilaskvus; (c) Erineva kontsentratsiooniga valmistatud Ag/PVA/PP kanga tõmbekõver erinevate modifikaatorite abil; (d) Erineva hõbeammoniaagiga erineva kontsentratsiooniga saadud Ag/PVA/PP kanga tõmbekõver (näidatud on ka 30 mM hõbeammoniaagiga saadud Ag/PVA/PP kangas) (Võrrelge PP kangaste tõmbekõveraid pärast 40 pesutsüklit).
Veeauru läbilaskvus on veel üks oluline kanga termilise mugavuse näitaja45. Selgub, et kangaste niiskusläbilaskvust mõjutavad peamiselt hingavus ja pinnaomadused. See tähendab, et õhu läbilaskvus sõltub peamiselt pooride arvust; pinnaomadused mõjutavad hüdrofiilsete rühmade niiskusläbilaskvust veemolekulide adsorptsiooni-difusiooni-desorptsiooni kaudu. Nagu on näidatud joonisel 5b, on puhta PP-kiu niiskusläbilaskvus 4810 g/(m2·24h). Pärast PVA-kattega katmist väheneb PP-kiu aukude arv, kuid PVA/PP-kanga niiskusläbilaskvus suureneb 5070 g/(m2·24h), kuna selle niiskusläbilaskvust määravad peamiselt pinnaomadused, mitte poorid. Pärast AgNP-de sadestumist suurenes Ag/PVA/PP-kanga niiskusläbilaskvus veelgi. Eelkõige on Ag/PVA/PP-kanga maksimaalne niiskusläbilaskvus, mis saadi hõbedaammoniaagi kontsentratsioonil 30 mM, 10300 g/(m2·24h). Samal ajal võib erineva hõbeammoniaagi kontsentratsiooniga saadud Ag/PVA/PP kangaste erinev niiskusläbilaskvus olla seotud hõbeda sadestuskihi paksuse ja selle pooride arvu erinevustega.
Kangaste mehaanilised omadused mõjutavad oluliselt nende kasutusiga, eriti taaskasutatavate materjalide puhul46. Joonis 5c näitab Ag/PVA/PP kanga tõmbetugevuskõverat. Puhta PP tõmbetugevus on vaid 2,23 MPa, samas kui 1 massiprotsendi PVA/PP kanga tõmbetugevus suureneb oluliselt 4,56 MPa-ni, mis näitab, et PVA PP kanga kapseldamine aitab oluliselt parandada selle mehaanilisi omadusi. PVA/PP kanga tõmbetugevus ja katkevenivus suurenevad PVA modifikaatori kontsentratsiooni suurenemisega, kuna PVA kile suudab pinget murda ja PP kiudu tugevdada. Kui modifikaatori kontsentratsioon aga suureneb 1,5 massiprotsendini, muudab kleepuv PVA polüpropüleenkanga jäigaks, mis mõjutab oluliselt kandmismugavust.
Võrreldes puhta PP ja PVA/PP kangaga on Ag/PVA/PP kangaste tõmbetugevus ja katkevenivus veelgi paranenud, kuna PP kiudude pinnale ühtlaselt jaotunud Ag nanoosakesed suudavad koormust jaotada47,48. On näha, et Ag/PP kiudude tõmbetugevus on suurem kui puhtal PP-l, ulatudes 3,36 MPa-ni (joonis 5d), mis kinnitab Ag NP-de tugevat ja tugevdavat toimet. Eelkõige näitab 30 mM (50 mM asemel) hõbeammoniaagi kontsentratsiooniga toodetud Ag/PVA/PP kangas maksimaalset tõmbetugevust ja katkevenivust, mis on siiski tingitud Ag NP-de ühtlasest ladestumisest, samuti ühtlasest ladestumisest. Hõbeda NP-de agregatsioon hõbeammoniaagi kõrge kontsentratsiooni tingimustes. Lisaks vähenesid pärast 40 pesutsüklit 30 mM hõbeammoniaagi kontsentratsiooniga valmistatud Ag/PVA/PP kanga tõmbetugevus ja katkevenivus vastavalt 32,7% ja 26,8% (joonis 5d), mis võib olla seotud pärast seda sadestunud hõbenanosakeste väikese kaduga.
Joonistel 6a ja b on näidatud Ag/PVA/PP-kanga ja Ag/PP-kanga digitaalkaamera fotod pärast pesemist 0, 10, 20, 30, 40 ja 50 tsükli jooksul 30 mM hõbeammoniaagi kontsentratsiooniga. Tumehall Ag/PVA/PP-kangas ja Ag/PP-kangas muutuvad pärast pesemist järk-järgult helehalliks; ja esimese värvimuutus pesemise ajal ei tundu olevat nii suur kui teise puhul. Lisaks vähenes Ag/PVA/PP-kanga hõbedasisaldus pärast pesemist Ag/PP-kangaga võrreldes suhteliselt aeglaselt; pärast 20 või enamat pesemist säilitas esimene kõrgema hõbedasisalduse kui teine (joonis 6c). See näitab, et PP-kiudude kapseldamine PVA-kattega võib oluliselt parandada Ag NP-de adhesiooni PP-kiududega. Joonisel 6d on näidatud Ag/PVA/PP-kanga ja Ag/PP-kanga SEM-pildid pärast pesemist 10, 40 ja 50 tsükli jooksul. Ag/PVA/PP kangaste pesemisel kaob vähem Ag NP-sid kui Ag/PP kangaste puhul, jällegi seetõttu, et PVA-d kapseldav kate aitab parandada Ag NP-de adhesiooni PP-kiududega.
(a) Digikaameraga tehtud Ag/PP-kanga fotod (tehtud 30 mM hõbeammoniaagi kontsentratsiooniga) pärast pesemist 0, 10, 20, 30, 40 ja 50 tsükli jooksul (1-6); (b) Ag/PVA/PP-kanga fotod, mis on tehtud digikaameraga (tehtud 30 mM hõbeammoniaagi kontsentratsiooniga) pärast pesemist 0, 10, 20, 30, 40 ja 50 tsükli jooksul (1-6); (c) Kahe kanga hõbedasisalduse muutused pesutsüklite lõikes; (d) Ag/PVA/PP-kanga (1-3) ja Ag/PP-kanga (4-6) SEM-pildid pärast 10, 40 ja 50 pesutsüklit.
Joonis 7 näitab Ag/PVA/PP kangaste antibakteriaalset aktiivsust ja digitaalkaamera fotosid E. coli vastu pärast 10, 20, 30 ja 40 pesutsüklit. Pärast 10 ja 20 pesukorda püsis Ag/PVA/PP kangaste antibakteriaalne jõudlus vastavalt 99,99% ja 99,93% juures, mis näitab suurepärast antibakteriaalset aktiivsust. Ag/PVA/PP kanga antibakteriaalne tase vähenes veidi pärast 30 ja 40 pesemist, mis oli tingitud AgNP-de kadumisest pikaajalise pesemise järel. Ag/PP kanga antibakteriaalne määr pärast 40 pesukorda on aga vaid 80,16%. On ilmne, et Ag/PP kanga antibakteriaalne toime pärast 40 pesutsüklit on palju väiksem kui Ag/PVA/PP kangal.
(a) E. coli vastase antibakteriaalse aktiivsuse tase. (b) Võrdluseks on näidatud ka Ag/PVA/PP kanga fotod, mis on tehtud digikaameraga pärast Ag/PP kanga pesemist 30 mM hõbeammoniaagiga kontsentratsioonil 10, 20, 30, 40 ja 40 tsükli jooksul.
Joonisel fig. 8 on skemaatiliselt kujutatud suuremahulise Ag/PVA/PP kanga valmistamist kaheastmelise rull-rull meetodi abil. See tähendab, et PVA/glükoosi lahust leotati rullraamis teatud aja jooksul, seejärel võeti see välja ja immutati seejärel samal viisil hõbeammoniaagilahusega, et saada Ag/PVA/PP kangas. (Joonis 8a). Saadud Ag/PVA/PP kangas säilitab suurepärase antibakteriaalse toime isegi siis, kui seda hoitakse 1 aasta. Ag/PVA/PP kangaste suuremahuliseks valmistamiseks immutati saadud PP lausriie pideva rullprotsessi abil ja seejärel juhiti järjestikku läbi PVA/glükoosi lahuse ja hõbeammoniaagilahuse ning töödeldi kahel meetodil. Lisatud videod. Immutusaega reguleeritakse rulli kiiruse reguleerimisega ja adsorbeeritud lahuse kogust reguleeritakse rullide vahelise kauguse reguleerimisega (joonis 8b), saades seeläbi suuremõõtmelise (50 cm × 80 cm) ja kogumisrulliga Ag/PVA/PP lausriide. Kogu protsess on lihtne ja tõhus, mis soodustab suurtootmist.
Suuremõõtmeliste sihttoodete tootmise skemaatiline diagramm (a) ja Ag/PVA/PP mittekootud materjalide tootmise rullprotsessi skemaatiline diagramm (b).
Hõbedat sisaldavaid PVA/PP lausriideid toodetakse lihtsa kohapealse vedelfaasi sadestamise tehnoloogia ja rull-rull meetodi abil. Võrreldes PP-kanga ja PVA/PP-kangaga paranevad valmistatud Ag/PVA/PP lausriide mehaanilised omadused oluliselt, kuna PVA tihenduskiht võib oluliselt parandada Ag NP-de nakkumist PP-kiududega. Lisaks saab PVA laadimiskogust ja hõbeda NP-de sisaldust Ag/PVA/PP lausriides hästi kontrollida, reguleerides PVA/glükoosilahuse ja hõbeda ammoniaagilahuse kontsentratsioone. Eelkõige näitas 30 mM hõbeda ammoniaagilahusega valmistatud Ag/PVA/PP lausriie parimaid mehaanilisi omadusi ja säilitas suurepärase antibakteriaalse toime E. coli vastu isegi pärast 40 pesutsüklit, näidates head saastumisvastast potentsiaali. PP lausriie. Võrreldes teiste kirjandusandmetega näitasid meie poolt lihtsamate meetoditega saadud kangad paremat pesukindlust. Lisaks on saadud Ag/PVA/PP lausriidel ideaalne niiskusläbilaskvus ja kandmismugavus, mis hõlbustab nende kasutamist tööstuslikes rakendustes.
Lisage kõik selle uuringu käigus saadud või analüüsitud andmed (ja nende toetavad teabefailid).
Russell, SM jt. Biosensorid COVID-19 tsütokiinitormi vastu võitlemiseks: eesootavad väljakutsed. ACS Sens. 5, 1506–1513 (2020).
Zaeem S, Chong JH, Shankaranarayanan V ja Harkey A. COVID-19 ja mitme organi reaktsioonid. Praegune. Küsimus. Süda. 45, 100618 (2020).
Zhang R jt. Hiinas 2019. aastal koroonaviiruse juhtumite arvu hinnangud on korrigeeritud staadiumi ja endeemiliste piirkondade kaupa. Front. Medicine. 14, 199–209 (2020).
Gao J. jt. Paindlik, ülihüdrofoobne ja väga juhtiv polüpropüleenist lausriidest komposiitmaterjal elektromagnetiliste häirete kaitseks. Chemical. engineer. J. 364, 493–502 (2019).
Raihan M. jt. Multifunktsionaalsete polüakrüülnitriil/hõbeda nanokomposiitkilede väljatöötamine: antibakteriaalne aktiivsus, katalüütiline aktiivsus, juhtivus, UV-kaitse ja aktiivsed SERS-sensorid. J. Matt. resource. technologies. 9, 9380–9394 (2020).
Dawadi S, Katuwal S, Gupta A, Lamichane U ja Parajuli N. Praegused hõbeda nanoosakeste uuringud: süntees, iseloomustus ja rakendused. J. Nanomaterials. 2021, 6687290 (2021).
Deng Da, Chen Zhi, Hu Yong, Ma Jian, Tong YDN. Lihtne protsess hõbedapõhise juhtiva tindi valmistamiseks ja selle pealekandmiseks sagedusselektiivsetele pindadele. Nanotechnology 31, 105705–105705 (2019).
Hao, Y. jt. Hüperhargnenud polümeerid võimaldavad hõbeda nanoosakeste kasutamist stabilisaatoritena painduvate vooluringide tindiprintimisel. R. Shuker. Chemical. 43, 2797–2803 (2019).
Keller P ja Kawasaki HJML. Hõbeda nanoosakeste isekomplekteerumise teel loodud juhtivad leheveenide võrgustikud potentsiaalseteks rakendusteks painduvates andurites. Matt. Wright. 284, 128937.1–128937.4 (2020).
Li, J. jt. Hõbeda nanoosakestega kaunistatud ränidioksiidist nanosfäärid ja massiivid potentsiaalsete substraatidena pinna võimendatud Ramani hajumiseks. ASU Omega 6, 32879–32887 (2021).
Liu, X. jt. Suuremastaabiline painduva pinnaga võimendatud Ramani hajumise sensor (SERS), millel on kõrge signaali stabiilsus ja ühtlus. ACS Application Matt. Interfaces 12, 45332–45341 (2020).
Sandeep, KG jt. Hõbenanopartiklitega (Ag-FNR) kaunistatud fullereen-nanorootide hierarhiline heterostruktuur toimib efektiivse üheosakesest sõltumatu SERS-substraadina. Füüsika. Keemia. Keemia. Füüsika. 27, 18873–18878 (2018).
Emam, HE ja Ahmed, HB. Homometalliliste ja heterometalliliste agar-agarpõhiste nanostruktuuride võrdlev uuring värvaine katalüüsitud lagundamise ajal. rahvusvahelisus. J. Biol. Large molecules. 138, 450–461 (2019).
Emam, HE, Mikhail, MM, El-Sherbiny, S., Nagy, KS ja Ahmed, HB. Metallist sõltuv nanokatalüüs aromaatsete saasteainete vähendamiseks. Kolmapäev. Teadus. Saastavad. Ressurss. Rahvusvahelisus. 27, 6459–6475 (2020).
Ahmed HB ja Emam HE. Kolmekordse südamiku-kesta (Ag-Au-Pd) nanostruktuurid, mis on kasvatatud seemnetest toatemperatuuril võimaliku vee puhastamise eesmärgil. Polymer. Test. 89, 106720 (2020).
Postituse aeg: 26. november 2023