آماده‌سازی رول‌های نبافته‌های حاوی نقره ضدمیکروبی قابل بازیافت و شستشو در محل

از بازدید شما از Nature.com متشکریم. نسخه مرورگری که استفاده می‌کنید پشتیبانی محدودی از CSS دارد. برای بهترین نتیجه، توصیه می‌کنیم از نسخه جدیدتر مرورگر خود استفاده کنید (یا حالت سازگاری را در Internet Explorer غیرفعال کنید). در عین حال، برای اطمینان از پشتیبانی مداوم، سایت را بدون استایل یا جاوا اسکریپت نمایش می‌دهیم.
امروزه، پارچه‌های کاربردی با خواص ضدباکتریایی محبوبیت بیشتری دارند. با این حال، تولید مقرون به صرفه پارچه‌های کاربردی با عملکرد بادوام و پایدار همچنان یک چالش است. از پلی‌وینیل الکل (PVA) برای اصلاح پارچه نبافته پلی‌پروپیلن (PP) استفاده شد و سپس نانوذرات نقره (AgNPs) در محل رسوب داده شدند تا پارچه PP حاوی AgNPs اصلاح‌شده با PVA (که به عنوان AgNPs شناخته می‌شود) تولید شود. /PVA/PP) کپسوله کردن الیاف PP با استفاده از پوشش PVA به بهبود قابل توجه چسبندگی نانوذرات نقره بارگذاری شده به الیاف PP کمک می‌کند و پارچه‌های نبافته Ag/PVA/PP خواص مکانیکی و مقاومت قابل توجهی در برابر اشریشیا کلی (که به عنوان E. coli شناخته می‌شود) نشان می‌دهند. به طور کلی، پارچه نبافته Ag/PVA/PP تولید شده در غلظت 30 میلی‌مولار آمونیاک نقره خواص مکانیکی بهتری دارد و میزان محافظت ضدباکتریایی در برابر E. coli به 99.99٪ می‌رسد. این پارچه پس از 40 بار شستشو همچنان فعالیت ضدباکتریایی عالی خود را حفظ می‌کند و پتانسیل استفاده مکرر را دارد. علاوه بر این، پارچه نبافته Ag/PVA/PP به دلیل نفوذپذیری خوب هوا و رطوبت، چشم‌انداز کاربرد گسترده‌ای در صنعت دارد. علاوه بر این، ما یک فناوری رول به رول نیز توسعه داده‌ایم و بررسی‌های اولیه را برای آزمایش امکان‌سنجی این روش انجام داده‌ایم.
با عمیق‌تر شدن جهانی شدن اقتصاد، جابجایی‌های جمعیتی در مقیاس بزرگ، احتمال انتقال ویروس را به شدت افزایش داده است، که به خوبی توضیح می‌دهد که چرا ویروس کرونای جدید چنین توانایی بالایی در گسترش در سراسر جهان دارد و پیشگیری از آن دشوار است1،2،3. از این نظر، نیاز مبرمی به توسعه مواد ضد باکتری جدید، مانند پارچه‌های نبافته پلی‌پروپیلن (PP)، به عنوان مواد محافظ پزشکی وجود دارد. پارچه‌های نبافته پلی‌پروپیلن دارای مزایای چگالی کم، بی‌اثر بودن شیمیایی و هزینه کم هستند4، اما توانایی ضد باکتری، عمر مفید کوتاه و راندمان محافظتی پایین ندارند. بنابراین، ارائه خواص ضد باکتری به مواد نبافته پلی‌پروپیلن از اهمیت بالایی برخوردار است.
نقره به عنوان یک عامل ضد باکتری باستانی، پنج مرحله توسعه را طی کرده است: محلول نقره کلوئیدی، سولفادیازین نقره، نمک نقره، پروتئین نقره و نانونقره. نانوذرات نقره به طور فزاینده‌ای در زمینه‌هایی مانند پزشکی5،6، رسانایی7،8،9، پراکندگی رامان تقویت‌شده سطحی10،11،12، تخریب کاتالیزوری رنگ‌ها13،14،15،16 و غیره مورد استفاده قرار می‌گیرند. به طور خاص، نانوذرات نقره (AgNPs) به دلیل مقاومت باکتریایی مورد نیاز، پایداری، هزینه کم و پذیرش محیطی17،18،19 نسبت به عوامل ضد میکروبی سنتی مانند نمک‌های فلزی، ترکیبات آمونیوم چهارتایی و تریکلوزان مزایایی دارند. علاوه بر این، نانوذرات نقره با مساحت سطح ویژه بزرگ و فعالیت ضد باکتریایی بالا می‌توانند به پارچه‌های پشمی20، پارچه‌های پنبه‌ای21،22، پارچه‌های پلی‌استر و سایر پارچه‌ها متصل شوند تا به رهاسازی کنترل‌شده و پایدار ذرات نقره ضد باکتری دست یابند23،24. این بدان معناست که با کپسوله کردن AgNPs، می‌توان پارچه‌های PP با فعالیت ضد باکتریایی ایجاد کرد. با این حال، پارچه‌های نبافته PP فاقد گروه‌های عاملی هستند و قطبیت کمی دارند که برای کپسوله کردن نانوذرات نقره (AgNPs) مناسب نیست. برای غلبه بر این نقص، برخی از محققان تلاش کرده‌اند تا نانوذرات نقره را با استفاده از روش‌های مختلف اصلاح از جمله اسپری پلاسما 26،27، پیوند تابشی 28،29،30،31 و پوشش سطحی 32، روی سطح پارچه‌های PP رسوب دهند. به عنوان مثال، گلی و همکارانش [33] یک پوشش پروتئینی را روی سطح پارچه نبافته PP معرفی کردند، اسیدهای آمینه در حاشیه لایه پروتئین می‌توانند به عنوان نقاط لنگر برای اتصال نانوذرات نقره عمل کنند و در نتیجه به خواص ضد باکتریایی خوبی دست یابند. فعالیت. لی و همکارانش 34 دریافتند که N-ایزوپروپیل‌آکریل‌آمید و N-(3-آمینوپروپیل)متاکریل‌آمید هیدروکلراید که با اچینگ فرابنفش (UV) پیوند خورده‌اند، فعالیت ضد میکروبی قوی نشان می‌دهند، اگرچه فرآیند اچینگ UV پیچیده است و می‌تواند خواص مکانیکی الیاف را کاهش دهد. اولیانی و همکارانش، فیلم‌های ژلی Ag NPs-PP را با فعالیت ضدباکتریایی عالی با پیش‌تیمار PP خالص با تابش گاما تهیه کردند؛ با این حال، روش آنها نیز پیچیده بود. بنابراین، تولید کارآمد و آسان پارچه‌های نبافته پلی‌پروپیلن قابل بازیافت با فعالیت ضدمیکروبی مطلوب، همچنان یک چالش است.
در این مطالعه، از پلی‌وینیل الکل، یک ماده غشایی سازگار با محیط زیست و کم‌هزینه با قابلیت تشکیل فیلم خوب، آب‌دوستی بالا و پایداری فیزیکی و شیمیایی عالی، برای اصلاح پارچه‌های پلی‌پروپیلن استفاده شده است. گلوکز به عنوان یک عامل کاهنده استفاده می‌شود36. افزایش انرژی سطحی PP اصلاح‌شده، رسوب انتخابی AgNPs را افزایش می‌دهد. در مقایسه با پارچه PP خالص، پارچه Ag/PVA/PP تهیه‌شده قابلیت بازیافت خوب، فعالیت ضدباکتریایی عالی در برابر E. coli، خواص مکانیکی خوب حتی پس از 40 چرخه شستشو و قابلیت تنفس، نفوذپذیری جنسی و رطوبت قابل توجهی را نشان داد.
پارچه نبافته PP با وزن مخصوص 25 گرم بر متر مربع و ضخامت 0.18 میلی‌متر توسط شرکت مواد بهداشتی جی‌یوان کانگان (جی‌یوان، چین) تهیه و به ورق‌هایی با ابعاد 5×5 سانتی‌متر مربع برش داده شد. نیترات نقره (99.8٪؛ AR) از شرکت علمی زیلونگ (شانتو، چین) خریداری شد. گلوکز از شرکت داروسازی فوژو نپتون فویائو (فوژو، چین) خریداری شد. پلی‌وینیل الکل (معرف درجه صنعتی) از کارخانه شیمیایی تیانجین سیتونگ (تیانجین، چین) خریداری شد. آب دیونیزه به عنوان حلال یا شستشو استفاده شد و در آزمایشگاه ما تهیه شد. آگار مغذی و محیط کشت از شرکت بیوتکنولوژی پکن آئوبوکسینگ (پکن، چین) خریداری شد. سویه E. coli (ATCC 25922) از شرکت ژانگژو بوچوانگ (ژانگژو، چین) خریداری شد.
بافت PP حاصل به مدت ۱۵ دقیقه با استفاده از دستگاه اولتراسوند در اتانول شسته شد. PVA حاصل به آب اضافه شد و به مدت ۲ ساعت در دمای ۹۵ درجه سانتیگراد حرارت داده شد تا محلول آبی به دست آید. سپس گلوکز در ۱۰ میلی‌لیتر محلول PVA با کسر جرمی ۰.۱٪، ۰.۵٪، ۱٪ و ۱.۵٪ حل شد. پارچه نبافته پلی‌پروپیلن خالص شده در محلول PVA/گلوکز غوطه‌ور شد و به مدت ۱ ساعت در دمای ۶۰ درجه سانتیگراد حرارت داده شد. پس از اتمام حرارت، پارچه نبافته آغشته به PP از محلول PVA/گلوکز خارج شده و به مدت ۰.۵ ساعت در دمای ۶۰ درجه سانتیگراد خشک می‌شود تا یک لایه PVA روی سطح پارچه تشکیل شود و در نتیجه یک پارچه کامپوزیت PVA/PP به دست آید.
نیترات نقره در 10 میلی‌لیتر آب با هم زدن مداوم در دمای اتاق حل می‌شود و آمونیاک قطره قطره اضافه می‌شود تا محلول از شفاف به قهوه‌ای و دوباره شفاف تغییر کند تا محلول آمونیاک نقره (5-90 میلی‌مولار) به دست آید. پارچه نبافته PVA/PP را در محلول آمونیاک نقره قرار دهید و به مدت 1 ساعت در دمای 60 درجه سانتیگراد حرارت دهید تا نانوذرات نقره به صورت درجا روی سطح پارچه تشکیل شوند، سپس آن را سه بار با آب بشویید و به مدت 0.5 ساعت در دمای 60 درجه سانتیگراد خشک کنید تا پارچه کامپوزیت Ag/PVA/PP به دست آید.
پس از آزمایش‌های اولیه، ما تجهیزات رول به رول را در آزمایشگاه برای تولید انبوه پارچه‌های کامپوزیتی ساختیم. غلتک‌ها از PTFE ساخته شده‌اند تا از واکنش‌های نامطلوب و آلودگی جلوگیری شود. در طول این فرآیند، زمان آغشته‌سازی و مقدار محلول جذب‌شده را می‌توان با تنظیم سرعت غلتک‌ها و فاصله بین غلتک‌ها کنترل کرد تا پارچه کامپوزیت Ag/PVA/PP مورد نظر به دست آید.
مورفولوژی سطح بافت با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی VEGA3 (SEM؛ ژاپن الکترونیکس، ژاپن) در ولتاژ شتاب‌دهنده 5 کیلوولت مورد مطالعه قرار گرفت. ساختار بلوری نانوذرات نقره با استفاده از پراش اشعه ایکس (XRD؛ بروکر، D8 Advanced، آلمان؛ تابش Cu Kα، λ = 0.15418 نانومتر؛ ولتاژ: 40 کیلوولت، جریان: 40 میلی‌آمپر) در محدوده 10 تا 80 درجه. 2θ تجزیه و تحلیل شد. از طیف‌سنج مادون قرمز تبدیل فوریه (ATR-FTIR؛ نیکولت 170sx، شرکت علمی ترمو فیشر) برای تجزیه و تحلیل ویژگی‌های شیمیایی پارچه پلی‌پروپیلن اصلاح‌شده سطحی استفاده شد. محتوای اصلاح‌کننده PVA پارچه‌های کامپوزیت Ag/PVA/PP با استفاده از آنالیز ترموگراویمتری (TGA؛ متلر تولدو، سوئیس) تحت جریان نیتروژن اندازه‌گیری شد. برای تعیین میزان نقره پارچه‌های کامپوزیتی Ag/PVA/PP از طیف‌سنجی جرمی پلاسمای جفت‌شده القایی (ICP-MS، ELAN DRC II، Perkin-Elmer (Hong Kong) Co., Ltd.) استفاده شد.
میزان نفوذپذیری هوا و سرعت انتقال بخار آب پارچه کامپوزیت Ag/PVA/PP (مشخصات: 78×50 سانتی‌متر مربع) توسط یک آژانس آزمایش شخص ثالث (شرکت صدور گواهینامه و آزمایش استاندارد Tianfangbiao، با مسئولیت محدود) مطابق با GB/T. 5453-1997 و GB/T 12704.2-2009 اندازه‌گیری شد. برای هر نمونه، ده نقطه مختلف برای آزمایش انتخاب شده است و داده‌های ارائه شده توسط آژانس میانگین ده نقطه است.
فعالیت ضد باکتریایی پارچه کامپوزیت Ag/PVA/PP مطابق با استانداردهای چینی GB/T 20944.1-2007 و GB/T 20944.3- به ترتیب با استفاده از روش انتشار در صفحه آگار (آنالیز کیفی) و روش فلاسک لرزان (آنالیز کمی) در سال ۲۰۰۸ اندازه‌گیری شد. فعالیت ضد باکتریایی پارچه کامپوزیت Ag/PVA/PP در برابر اشریشیا کلی در زمان‌های مختلف شستشو تعیین شد. برای روش انتشار در صفحه آگار، پارچه کامپوزیت Ag/PVA/PP مورد آزمایش با استفاده از پانچ به صورت دیسک (قطر: ۸ میلی‌متر) پانچ شده و به یک ظرف پتری آگار تلقیح شده با اشریشیا کلی (ATCC 25922) متصل می‌شود. ; 3.4 × 108 CFU ml-1) و سپس به مدت تقریبی ۲۴ ساعت در دمای ۳۷ درجه سانتیگراد و رطوبت نسبی ۵۶٪ انکوبه می‌شود. ناحیه مهار رشد به صورت عمودی از مرکز دیسک تا محیط داخلی کلونی‌های اطراف آنالیز شد. با استفاده از روش تکان دادن، یک صفحه صاف 2 × 2 سانتی‌متر مربعی از پارچه کامپوزیت Ag/PVA/PP مورد آزمایش تهیه و به مدت 30 دقیقه در محیط کشت مایع با دمای 121 درجه سانتیگراد و فشار 0.1 مگاپاسکال اتوکلاو شد. پس از اتوکلاو کردن، نمونه در یک ارلن مایر 5 میلی‌لیتری حاوی 70 میلی‌لیتر محلول کشت مایع (غلظت سوسپانسیون 1 × 105–4 × 105 CFU/mL) غوطه‌ور شد و سپس به مدت 18 ساعت در دمای نوسانی 150 درجه سانتیگراد، دور در دقیقه و 25 درجه سانتیگراد انکوبه شد. پس از تکان دادن، مقدار مشخصی از سوسپانسیون باکتریایی را جمع‌آوری کرده و ده برابر رقیق کنید. مقدار مورد نیاز از سوسپانسیون باکتریایی رقیق شده را جمع‌آوری کرده، آن را روی محیط آگار پخش کرده و در دمای 37 درجه سانتیگراد و رطوبت نسبی 56٪ کشت دهید. فرمول محاسبه اثربخشی ضدباکتریایی عبارت است از: \(\frac{\mathrm{C}-\mathrm{A}}{\mathrm{C}}\cdot 100\%\)، که در آن C و A به ترتیب تعداد کلونی‌ها پس از 24 ساعت هستند. کشت در گروه کنترل و بافت کامپوزیت Ag/PVA/PP.
دوام پارچه‌های کامپوزیت Ag/PVA/PP با شستشو طبق استاندارد ISO 105-C10:2006.1A ارزیابی شد. در حین شستشو، پارچه کامپوزیت Ag/PVA/PP مورد آزمایش (30x40 میلی‌متر مربع) را در محلول آبی حاوی شوینده تجاری (5.0 گرم در لیتر) غوطه‌ور کنید و آن را با سرعت 40±2 دور در دقیقه و 40±5 دور در دقیقه در دقیقه با سرعت بالا بشویید. دمای سانتیگراد 10، 20، 30، 40 و 50 سیکل. پس از شستشو، پارچه سه بار با آب شسته شده و به مدت 30 دقیقه در دمای 50-60 درجه سانتیگراد خشک می‌شود. تغییر در محتوای نقره پس از شستشو برای تعیین میزان فعالیت ضد باکتریایی اندازه‌گیری شد.
شکل 1 نمودار شماتیک ساخت پارچه کامپوزیت Ag/PVA/PP را نشان می‌دهد. یعنی، ماده نبافته PP در محلولی ترکیبی از PVA و گلوکز غوطه‌ور می‌شود. ماده نبافته آغشته به PP خشک می‌شود تا اصلاح‌کننده و عامل کاهنده تثبیت شوند و یک لایه آب‌بندی تشکیل شود. پارچه نبافته پلی‌پروپیلن خشک‌شده در محلول آمونیاک نقره غوطه‌ور می‌شود تا نانوذرات نقره در محل رسوب کنند. غلظت اصلاح‌کننده، نسبت مولی گلوکز به آمونیاک نقره، غلظت آمونیاک نقره و دمای واکنش بر رسوب نانوذرات نقره تأثیر می‌گذارند. این عوامل مهم هستند. شکل 2a وابستگی زاویه تماس آب پارچه Ag/PVA/PP را به غلظت اصلاح‌کننده نشان می‌دهد. هنگامی که غلظت اصلاح‌کننده از 0.5 درصد وزنی به 1.0 درصد وزنی افزایش می‌یابد، زاویه تماس پارچه Ag/PVA/PP به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد. هنگامی که غلظت اصلاح‌کننده از 1.0 درصد وزنی به 2.0 درصد وزنی افزایش می‌یابد، عملاً تغییری نمی‌کند. شکل 2b تصاویر SEM الیاف PP خالص و پارچه‌های Ag/PVA/PP تهیه شده در غلظت 50 میلی‌مولار آمونیاک نقره و نسبت‌های مولی مختلف گلوکز به آمونیاک نقره (1:1، 3:1، 5:1 و 9:1) را نشان می‌دهد. . تصویر. الیاف PP حاصل نسبتاً صاف است. پس از کپسوله کردن با فیلم PVA، برخی از الیاف به هم چسبیده‌اند. به دلیل رسوب نانوذرات نقره، الیاف نسبتاً زبر می‌شوند. با افزایش نسبت مولی عامل کاهنده به گلوکز، لایه رسوب شده نانوذرات نقره به تدریج ضخیم می‌شود و با افزایش نسبت مولی به 5:1 و 9:1، نانوذرات نقره تمایل به تشکیل توده دارند. تصاویر ماکروسکوپی و میکروسکوپی الیاف PP یکنواخت‌تر می‌شوند، به خصوص هنگامی که نسبت مولی عامل کاهنده به گلوکز 5:1 باشد. عکس‌های دیجیتال از نمونه‌های مربوطه که در 50 میلی‌مولار آمونیاک نقره تهیه شده‌اند، در شکل S1 نشان داده شده است.
تغییرات زاویه تماس آب پارچه Ag/PVA/PP در غلظت‌های مختلف PVA (a)، تصاویر SEM از پارچه Ag/PVA/PP به‌دست‌آمده در غلظت آمونیاک نقره 50 میلی‌مولار و نسبت‌های مولی مختلف گلوکز و آمونیاک نقره [(b)))؛ (1) الیاف PP، (2) الیاف PVA/PP، (3) نسبت مولی 1:1، (4) نسبت مولی 3:1، (5) نسبت مولی 5:1، (6) نسبت مولی 9:1]، الگوی پراش اشعه ایکس (c) و تصویر SEM (d) از پارچه Ag/PVA/PP به‌دست‌آمده در غلظت‌های آمونیاک نقره: (1) 5 میلی‌مولار، (2) 10 میلی‌مولار، (3) 30 میلی‌مولار، (4) 50 میلی‌مولار، (5) 90 میلی‌مولار و (6) Ag/PP-30 میلی‌مولار. دمای واکنش 60 درجه سانتیگراد است.
در شکل 2c الگوی پراش اشعه ایکس پارچه Ag/PVA/PP حاصل نشان داده شده است. علاوه بر پیک پراش الیاف PP 37، چهار پیک پراش در 2θ = ~37.8°، 44.2°، 64.1° و 77.3° مربوط به (1 1 1)، (2 0 0)، (2 2 0)، صفحه کریستالی (3 1 1) نانوذرات نقره مکعبی با وجوه مرکزدار هستند. با افزایش غلظت آمونیاک نقره از 5 به 90 میلی‌مولار، الگوهای XRD نقره تیزتر می‌شوند که با افزایش بعدی بلورینگی سازگار است. طبق فرمول شرر، اندازه دانه نانوذرات نقره تهیه شده با آمونیاک نقره 10 میلی‌مولار، 30 میلی‌مولار و 50 میلی‌مولار به ترتیب 21.3 نانومتر، 23.3 نانومتر و 26.5 نانومتر محاسبه شد. دلیل این امر این است که غلظت آمونیاک نقره نیروی محرکه واکنش کاهش برای تشکیل نقره فلزی است. با افزایش غلظت آمونیاک نقره، سرعت هسته‌زایی و رشد نانوذرات نقره افزایش می‌یابد. شکل 2d تصاویر SEM پارچه‌های Ag/PVA/PP به‌دست‌آمده در غلظت‌های مختلف آمونیاک نقره را نشان می‌دهد. در غلظت آمونیاک نقره 30 میلی‌مولار، لایه رسوب‌شده نانوذرات نقره نسبتاً همگن است. با این حال، هنگامی که غلظت آمونیاک نقره خیلی زیاد است، یکنواختی لایه رسوب نانوذرات نقره تمایل به کاهش دارد که ممکن است به دلیل تجمع قوی در لایه رسوب نانوذرات نقره باشد. علاوه بر این، نانوذرات نقره روی سطح دو شکل دارند: کروی و فلسی. اندازه ذرات کروی تقریباً 20 تا 80 نانومتر و اندازه جانبی لایه‌ای تقریباً 100 تا 300 نانومتر است (شکل S2). لایه رسوب نانوذرات نقره روی سطح پارچه PP اصلاح‌نشده ناهموار است. علاوه بر این، افزایش دما باعث کاهش نانوذرات نقره می‌شود (شکل S3)، اما دمای واکنش خیلی بالا باعث رسوب انتخابی نانوذرات نقره نمی‌شود.
شکل 3a به صورت شماتیک رابطه بین غلظت آمونیاک نقره، مقدار نقره رسوب داده شده و فعالیت ضد باکتریایی پارچه Ag/PVA/PP تهیه شده را نشان می‌دهد. شکل 3b الگوهای ضد باکتریایی نمونه‌ها را در غلظت‌های مختلف آمونیاک نقره نشان می‌دهد که می‌تواند مستقیماً وضعیت ضد باکتریایی نمونه‌ها را منعکس کند. هنگامی که غلظت آمونیاک نقره از 5 میلی‌مولار به 90 میلی‌مولار افزایش یافت، مقدار رسوب نقره از 13.67 گرم بر کیلوگرم به 481.81 گرم بر کیلوگرم افزایش یافت. علاوه بر این، با افزایش مقدار رسوب نقره، فعالیت ضد باکتریایی علیه E. coli در ابتدا افزایش می‌یابد و سپس در سطح بالایی باقی می‌ماند. به طور خاص، هنگامی که غلظت آمونیاک نقره 30 میلی‌مولار است، مقدار رسوب نقره در پارچه Ag/PVA/PP حاصل 67.62 گرم بر کیلوگرم است و میزان ضد باکتریایی 99.99٪ است. و این نمونه را به عنوان نماینده برای توصیف ساختاری بعدی انتخاب کنید.
(الف) رابطه بین سطح فعالیت ضدباکتریایی و مقدار لایه نقره اعمال شده و غلظت آمونیاک نقره؛ (ب) عکس‌های گرفته شده از صفحات کشت باکتری با دوربین دیجیتال که نمونه‌های خالی و نمونه‌های تهیه شده با استفاده از آمونیاک نقره 5 میلی‌مولار، 10 میلی‌مولار، 30 میلی‌مولار، 50 میلی‌مولار و 90 میلی‌مولار را نشان می‌دهد. فعالیت ضدباکتریایی پارچه Ag/PVA/PP در برابر اشریشیا کلی
شکل 4a طیف‌های FTIR/ATR پارچه‌های PP، PVA/PP، Ag/PP و Ag/PVA/PP را نشان می‌دهد. نوارهای جذبی الیاف PP خالص در 2950 cm-1 و 2916 cm-1 به دلیل ارتعاش کششی نامتقارن گروه‌های –CH3 و –CH2- و در 2867 cm-1 و 2837 cm-1 به دلیل ارتعاش کششی متقارن گروه‌های –CH3 و –CH2 –CH3 و –CH2- هستند. نوارهای جذبی در 1375 cm-1 و 1456 cm-1 به ارتعاشات جابجایی نامتقارن و متقارن –CH338.39 نسبت داده می‌شوند. طیف FTIR الیاف Ag/PP مشابه الیاف PP است. علاوه بر نوار جذبی PP، پیک جذبی جدید در 3360 cm-1 پارچه‌های PVA/PP و Ag/PVA/PP به کشش پیوند هیدروژنی گروه –OH نسبت داده می‌شود. این نشان می‌دهد که PVA با موفقیت روی سطح الیاف پلی‌پروپیلن اعمال شده است. علاوه بر این، پیک جذب هیدروکسیل پارچه Ag/PVA/PP کمی ضعیف‌تر از پارچه PVA/PP است که ممکن است به دلیل هماهنگی برخی از گروه‌های هیدروکسیل با نقره باشد.
طیف FT-IR (a)، منحنی TGA (b) و طیف اندازه‌گیری XPS (c) از PP خالص، پارچه PVA/PP و پارچه Ag/PVA/PP، و طیف C 1s از PP خالص (d)، پارچه PVA/PP PP (e) و پیک Ag 3d (f) از پارچه Ag/PVA/PP.
در شکل 4c طیف XPS پارچه‌های PP، PVA/PP و Ag/PVA/PP نشان داده شده است. سیگنال ضعیف O 1s الیاف پلی‌پروپیلن خالص را می‌توان به عنصر اکسیژن جذب شده روی سطح نسبت داد؛ پیک C 1s در 284.6 eV به CH و CC نسبت داده می‌شود (شکل 4d را ببینید). در مقایسه با الیاف PP خالص، پارچه PVA/PP (شکل 4e) عملکرد بالایی را در 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) و 288.5 eV (H–C=O)38 نشان می‌دهد. علاوه بر این، طیف O 1s پارچه PVA/PP را می‌توان با دو پیک در 532.3 eV و 533.2 eV41 تقریب زد (شکل S4)، این پیک‌های C 1s مربوط به C-OH و H-C=O (گروه‌های هیدروکسیل PVA و گروه گلوکز آلدهید) هستند که با داده‌های FTIR سازگار است. پارچه نبافته Ag/PVA/PP طیف O 1s مربوط به C-OH (532.3 eV) و HC=O (533.2 eV) (شکل S5) را حفظ می‌کند که شامل 65.81٪ (درصد اتمی) C، 22.89٪ O و 11.31٪ Ag است (شکل S4). به طور خاص، پیک‌های Ag 3d5/2 و Ag 3d3/2 در 368.2 eV و 374.2 eV (شکل 4f) بیشتر ثابت می‌کنند که نانوذرات نقره روی سطح پارچه نبافته PVA/PP42 آلایش شده‌اند.
منحنی‌های TGA (شکل 4b) از PP خالص، پارچه Ag/PP و پارچه Ag/PVA/PP نشان می‌دهد که آنها فرآیندهای تجزیه حرارتی مشابهی را طی می‌کنند و رسوب نانوذرات نقره منجر به افزایش جزئی دمای تخریب حرارتی الیاف PP می‌شود. الیاف PVA/PP (از 480 درجه سانتیگراد (الیاف PP) به 495 درجه سانتیگراد)، احتمالاً به دلیل تشکیل یک لایه محافظ Ag43. در همان زمان، مقادیر باقیمانده نمونه‌های خالص PP، Ag/PP، Ag/PVA/PP، Ag/PVA/PP-W50 و Ag/PP-W50 پس از حرارت دادن در دمای 800 درجه سانتیگراد به ترتیب 1.32٪، 16.26٪ و 13.86٪ بود. ٪ به ترتیب 9.88٪ و 2.12٪ (پسوند W50 در اینجا به 50 چرخه شستشو اشاره دارد). باقیمانده PP خالص به ناخالصی‌ها و باقیمانده نمونه‌های باقیمانده به نانوذرات نقره نسبت داده می‌شود و تفاوت در مقدار باقیمانده نمونه‌های بارگذاری شده با نقره باید به دلیل مقادیر مختلف نانوذرات نقره بارگذاری شده روی آنها باشد. علاوه بر این، پس از 50 بار شستشوی پارچه Ag/PP، مقدار نقره باقیمانده 94.65٪ کاهش یافت و مقدار نقره باقیمانده پارچه Ag/PVA/PP حدود 31.74٪ کاهش یافت. این نشان می‌دهد که پوشش کپسوله کننده PVA می‌تواند به طور موثری چسبندگی AgNPs را به ماتریس PP بهبود بخشد.
برای ارزیابی راحتی پوشیدن، نفوذپذیری هوا و میزان انتقال بخار آب پارچه پلی‌پروپیلن تهیه‌شده اندازه‌گیری شد. به‌طورکلی، قابلیت تنفس با راحتی حرارتی کاربر، به‌ویژه در محیط‌های گرم و مرطوب44، مرتبط است. همانطور که در شکل 5a نشان داده شده است، نفوذپذیری هوا برای PP خالص 2050 میلی‌متر بر ثانیه است و پس از اصلاح PVA به 856 میلی‌متر بر ثانیه کاهش می‌یابد. دلیل این امر، لایه PVA تشکیل‌شده روی سطح الیاف PP و قسمت بافته‌شده است که به کاهش شکاف بین الیاف کمک می‌کند. پس از اعمال نانوذرات نقره، نفوذپذیری هوا در پارچه PP به دلیل مصرف پوشش PVA هنگام اعمال نانوذرات نقره افزایش می‌یابد. علاوه بر این، با افزایش غلظت آمونیاک نقره از 10 به 50 میلی‌مول، قابلیت تنفس پارچه‌های Ag/PVA/PP کاهش می‌یابد. این ممکن است به این دلیل باشد که ضخامت رسوب نقره با افزایش غلظت آمونیاک نقره افزایش می‌یابد که به کاهش تعداد منافذ و احتمال عبور بخار آب از آنها کمک می‌کند.
(الف) نفوذپذیری هوا از پارچه‌های Ag/PVA/PP تهیه شده با غلظت‌های مختلف آمونیاک نقره؛ (ب) انتقال بخار آب از پارچه‌های Ag/PVA/PP تهیه شده با غلظت‌های مختلف آمونیاک نقره؛ (ج) اصلاح‌کننده‌های مختلف منحنی کششی پارچه Ag/PVA/PP بدست آمده در غلظت‌های مختلف آمونیاک نقره؛ (د) منحنی کششی پارچه Ag/PVA/PP بدست آمده در غلظت‌های مختلف آمونیاک نقره (پارچه Ag/PVA/PP بدست آمده در غلظت 30 میلی‌مولار آمونیاک نقره نیز نشان داده شده است) (منحنی‌های کششی پارچه‌های PP را پس از 40 چرخه شستشو مقایسه کنید).
نرخ انتقال بخار آب یکی دیگر از شاخص‌های مهم آسایش حرارتی یک پارچه است45. مشخص شده است که نفوذپذیری رطوبت پارچه‌ها عمدتاً تحت تأثیر قابلیت تنفس و خواص سطحی قرار دارد. یعنی نفوذپذیری هوا عمدتاً به تعداد منافذ بستگی دارد. خواص سطحی از طریق جذب-انتشار-واجذب مولکول‌های آب، بر نفوذپذیری رطوبت گروه‌های آبدوست تأثیر می‌گذارند. همانطور که در شکل 5b نشان داده شده است، نفوذپذیری رطوبت الیاف PP خالص 4810 گرم بر (m2·24h) است. پس از آب‌بندی با پوشش PVA، تعداد سوراخ‌ها در الیاف PP کاهش می‌یابد، اما نفوذپذیری رطوبت پارچه PVA/PP به 5070 گرم بر (m2·24h) افزایش می‌یابد، زیرا نفوذپذیری رطوبت آن عمدتاً توسط خواص سطحی تعیین می‌شود، نه منافذ. پس از رسوب AgNPs، نفوذپذیری رطوبت پارچه Ag/PVA/PP بیشتر افزایش یافت. به طور خاص، حداکثر نفوذپذیری رطوبت پارچه Ag/PVA/PP که در غلظت 30 میلی‌مولار آمونیاک نقره به دست می‌آید، 10300 گرم بر (m2·24h) است. در عین حال، نفوذپذیری رطوبت متفاوت پارچه‌های Ag/PVA/PP به‌دست‌آمده در غلظت‌های مختلف آمونیاک نقره ممکن است با تفاوت در ضخامت لایه رسوب نقره و تعداد منافذ آن مرتبط باشد.
خواص مکانیکی پارچه‌ها، به ویژه به عنوان مواد قابل بازیافت، به شدت بر عمر مفید آنها تأثیر می‌گذارد46. شکل 5c منحنی تنش کششی پارچه Ag/PVA/PP را نشان می‌دهد. استحکام کششی PP خالص تنها 2.23 مگاپاسکال است، در حالی که استحکام کششی پارچه PVA/PP با 1 درصد وزنی به طور قابل توجهی به 4.56 مگاپاسکال افزایش می‌یابد، که نشان می‌دهد کپسوله کردن پارچه PVA PP به بهبود قابل توجه خواص مکانیکی آن کمک می‌کند. خواص. استحکام کششی و ازدیاد طول در نقطه شکست پارچه PVA/PP با افزایش غلظت اصلاح‌کننده PVA افزایش می‌یابد زیرا فیلم PVA می‌تواند تنش را بشکند و الیاف PP را تقویت کند. با این حال، هنگامی که غلظت اصلاح‌کننده به 1.5 درصد وزنی افزایش می‌یابد، PVA چسبنده پارچه پلی‌پروپیلن را سفت می‌کند که به طور جدی بر راحتی پوشیدن تأثیر می‌گذارد.
در مقایسه با پارچه‌های PP خالص و PVA/PP، استحکام کششی و ازدیاد طول تا پارگی پارچه‌های Ag/PVA/PP بیشتر بهبود یافته است زیرا نانوذرات Ag که به طور یکنواخت روی سطح الیاف PP توزیع شده‌اند، می‌توانند بار را توزیع کنند47،48. مشاهده می‌شود که استحکام کششی الیاف Ag/PP بالاتر از PP خالص است و به 3.36 مگاپاسکال می‌رسد (شکل 5d)، که اثر قوی و تقویت‌کننده نانوذرات نقره را تأیید می‌کند. به طور خاص، پارچه Ag/PVA/PP تولید شده در غلظت آمونیاک نقره 30 میلی‌مولار (به جای 50 میلی‌مولار) حداکثر استحکام کششی و ازدیاد طول تا پارگی را نشان می‌دهد که هنوز هم به دلیل رسوب یکنواخت نانوذرات نقره و همچنین رسوب یکنواخت است. تجمع نانوذرات نقره در شرایط غلظت بالای آمونیاک نقره. علاوه بر این، پس از 40 چرخه شستشو، استحکام کششی و ازدیاد طول در نقطه پارگی پارچه Ag/PVA/PP تهیه شده در غلظت 30 میلی‌مولار آمونیاک نقره به ترتیب 32.7٪ و 26.8٪ کاهش یافت (شکل 5d)، که ممکن است با از دست رفتن اندک نانوذرات نقره رسوب شده پس از این مرحله مرتبط باشد.
شکل‌های 6a و b عکس‌های دوربین دیجیتال از پارچه Ag/PVA/PP و پارچه Ag/PP را پس از شستشو به مدت 0، 10، 20، 30، 40 و 50 چرخه در غلظت 30 میلی‌مولار آمونیاک نقره نشان می‌دهند. پارچه Ag/PVA/PP خاکستری تیره و پارچه Ag/PP پس از شستشو به تدریج به خاکستری روشن تبدیل می‌شوند؛ و تغییر رنگ اولی در حین شستشو به اندازه دومی جدی به نظر نمی‌رسد. علاوه بر این، در مقایسه با پارچه Ag/PP، میزان نقره پارچه Ag/PVA/PP پس از شستشو نسبتاً آهسته کاهش یافت؛ پس از 20 بار یا بیشتر شستشو، اولی میزان نقره بیشتری نسبت به دومی حفظ کرد (شکل 6c). این نشان می‌دهد که کپسوله کردن الیاف PP با پوشش PVA می‌تواند چسبندگی نانوذرات نقره به الیاف PP را به طور قابل توجهی بهبود بخشد. شکل 6d تصاویر SEM پارچه Ag/PVA/PP و پارچه Ag/PP را پس از شستشو به مدت 10، 40 و 50 چرخه نشان می‌دهد. پارچه‌های Ag/PVA/PP در مقایسه با پارچه‌های Ag/PP، در طول شستشو نانوذرات نقره کمتری از دست می‌دهند، که دلیل آن نیز پوشش کپسوله‌کننده PVA است که به بهبود چسبندگی نانوذرات نقره به الیاف PP کمک می‌کند.
(الف) عکس‌هایی از پارچه Ag/PP که با دوربین دیجیتال (با غلظت 30 میلی‌مولار آمونیاک نقره) پس از شستشو به مدت 0، 10، 20، 30، 40 و 50 چرخه (1-6) گرفته شده است؛ (ب) عکس‌های Ag/PVA/PP از پارچه‌هایی که با دوربین دیجیتال (با غلظت 30 میلی‌مولار آمونیاک نقره) پس از شستشو به مدت 0، 10، 20، 30، 40 و 50 چرخه (1-6) گرفته شده است؛ (ج) تغییرات در میزان نقره دو پارچه در طول چرخه‌های شستشو؛ (د) تصاویر SEM از پارچه Ag/PVA/PP (1-3) و پارچه Ag/PP (4-6) پس از 10، 40 و 50 چرخه شستشو.
شکل 7 فعالیت ضدباکتریایی و عکس‌های دوربین دیجیتال از پارچه‌های Ag/PVA/PP در برابر E. coli پس از 10، 20، 30 و 40 چرخه شستشو را نشان می‌دهد. پس از 10 و 20 بار شستشو، عملکرد ضدباکتریایی پارچه‌های Ag/PVA/PP در 99.99٪ و 99.93٪ باقی ماند که نشان‌دهنده فعالیت ضدباکتریایی عالی است. سطح ضدباکتریایی پارچه Ag/PVA/PP پس از 30 و 40 بار شستشو اندکی کاهش یافت که به دلیل از بین رفتن AgNPs پس از شستشوی طولانی مدت بود. با این حال، میزان ضدباکتریایی پارچه Ag/PP پس از 40 بار شستشو تنها 80.16٪ است. بدیهی است که اثر ضدباکتریایی پارچه Ag/PP پس از 40 چرخه شستشو بسیار کمتر از پارچه Ag/PVA/PP است.
(الف) میزان فعالیت ضدباکتریایی در برابر E. coli. (ب) برای مقایسه، عکس‌هایی از پارچه Ag/PVA/PP که با دوربین دیجیتال پس از شستشوی پارچه Ag/PP در غلظت 30 میلی‌مولار آمونیاک نقره به مدت 10، 20، 30، 40 و 40 چرخه گرفته شده است نیز نشان داده شده است.
در شکل 8، به صورت شماتیک، ساخت پارچه Ag/PVA/PP در مقیاس بزرگ با استفاده از یک مسیر رول به رول دو مرحله‌ای نشان داده شده است. یعنی محلول PVA/گلوکز برای مدت زمان مشخصی در قاب رول خیسانده شد، سپس خارج شد و سپس به همان روش با محلول آمونیاک نقره آغشته شد تا پارچه Ag/PVA/PP به دست آید. (شکل 8a). پارچه Ag/PVA/PP حاصل، حتی اگر به مدت 1 سال باقی بماند، همچنان فعالیت ضد باکتریایی عالی خود را حفظ می‌کند. برای آماده‌سازی پارچه‌های Ag/PVA/PP در مقیاس بزرگ، پارچه‌های نبافته PP حاصل در یک فرآیند رول پیوسته آغشته شده و سپس به ترتیب از محلول PVA/گلوکز و محلول آمونیاک نقره عبور داده شده و پردازش شدند. دو روش. ویدیوهای پیوست شده. زمان آغشته‌سازی با تنظیم سرعت غلتک کنترل می‌شود و مقدار محلول جذب شده با تنظیم فاصله بین غلتک‌ها کنترل می‌شود (شکل 8b)، در نتیجه پارچه نبافته Ag/PVA/PP مورد نظر با اندازه بزرگ (50 سانتی‌متر × 80 سانتی‌متر) به دست می‌آید. ) و غلتک جمع‌آوری. کل فرآیند ساده و کارآمد است، که برای تولید در مقیاس بزرگ مفید است.
نمودار شماتیک تولید محصولات هدف با اندازه بزرگ (الف) و نمودار شماتیک فرآیند نورد برای تولید مواد نبافته Ag/PVA/PP (ب).
پارچه‌های نبافته PVA/PP حاوی نقره با استفاده از یک فناوری رسوب فاز مایع درجا ساده همراه با روش رول به رول تولید می‌شوند. در مقایسه با پارچه PP و پارچه PVA/PP، خواص مکانیکی پارچه نبافته Ag/PVA/PP تهیه شده به طور قابل توجهی بهبود یافته است زیرا لایه آب‌بندی PVA ​​می‌تواند چسبندگی نانوذرات نقره به الیاف PP را به طور قابل توجهی بهبود بخشد. علاوه بر این، مقدار بارگذاری PVA ​​و محتوای نانوذرات نقره در پارچه نبافته Ag/PVA/PP را می‌توان با تنظیم غلظت محلول PVA/گلوکز و محلول آمونیاک نقره به خوبی کنترل کرد. به طور خاص، پارچه نبافته Ag/PVA/PP تهیه شده با استفاده از محلول آمونیاک نقره 30 میلی‌مولار، بهترین خواص مکانیکی را نشان داد و فعالیت ضد باکتریایی عالی را در برابر E. coli حتی پس از 40 چرخه شستشو حفظ کرد که پتانسیل ضد رسوب خوبی را نشان می‌دهد. پارچه نبافته PP. در مقایسه با سایر داده‌های ادبی، پارچه‌های به دست آمده توسط ما با استفاده از روش‌های ساده‌تر، مقاومت بهتری در برابر شستشو نشان دادند. علاوه بر این، پارچه نبافته Ag/PVA/PP حاصل، نفوذپذیری رطوبت و راحتی پوشیدن ایده‌آلی دارد که می‌تواند کاربرد آن را در کاربردهای صنعتی تسهیل کند.
تمام داده‌های به‌دست‌آمده یا تحلیل‌شده در طول این مطالعه (و فایل‌های اطلاعات پشتیبان آنها) را درج کنید.
راسل، اس. ام و همکاران. حسگرهای زیستی برای مبارزه با طوفان سیتوکین کووید-۱۹: چالش‌های پیش رو. ACS Sens. 5، 1506–1513 (2020).
زعیم س، چونگ جی اچ، شانکارانارایانان وی و هارکی ای. کووید-۱۹ و پاسخ‌های چند عضوی. سوال فعلی. قلب. ۴۵، ۱۰۰۶۱۸ (۲۰۲۰).
ژانگ آر و همکاران. تخمین تعداد موارد ابتلا به ویروس کرونا در سال ۲۰۱۹ در چین بر اساس مرحله و مناطق بومی تنظیم شده است. front. medicine. 14, 199–209 (2020).
گائو جی. و همکاران. مواد کامپوزیتی پارچه‌ای پلی‌پروپیلن نبافته انعطاف‌پذیر، فوق آبگریز و بسیار رسانا برای محافظت در برابر تداخل الکترومغناطیسی. شیمی. مهندس. مجله 364، 493-502 (2019).
ریحان م. و همکاران. توسعه فیلم‌های نانوکامپوزیت پلی‌اکریلونیتریل/نقره چندمنظوره: فعالیت ضدباکتریایی، فعالیت کاتالیزوری، رسانایی، محافظت در برابر اشعه ماوراء بنفش و حسگرهای فعال SERS. مجله فناوری‌های J. Matt. منبع. 9، 9380–9394 (2020).
داوادی اس، کاتوال اس، گوپتا ای، لامیچانه یو و پاراجولی ان. تحقیقات کنونی در مورد نانوذرات نقره: سنتز، توصیف و کاربردها. مجله نانومواد. 2021، 6687290 (2021).
دنگ دا، چن ژی، هو یونگ، ما جیان، تانگ YDN. فرآیندی ساده برای تهیه جوهر رسانای مبتنی بر نقره و اعمال آن بر روی سطوح فرکانس‌گزین. فناوری نانو 31، 105705–105705 (2019).
هائو، وای. و همکاران. پلیمرهای پرشاخه، استفاده از نانوذرات نقره را به عنوان تثبیت‌کننده برای چاپ جوهرافشان مدارهای انعطاف‌پذیر امکان‌پذیر می‌کنند. آر. شوکر. شیمی. 43، 2797–2803 (2019).
کلر پی و کاوازاکی HJML شبکه‌های رسانای رگبرگ تولید شده توسط خودآرایی نانوذرات نقره برای کاربردهای بالقوه در حسگرهای انعطاف‌پذیر. مت. رایت. 284، 128937.1-128937.4 (2020).
لی، جی. و همکاران. نانوکره‌ها و آرایه‌های سیلیکای تزئین‌شده با نانوذرات نقره به عنوان زیرلایه‌های بالقوه برای پراکندگی رامان بهبودیافته سطحی. ASU Omega 6، 32879–32887 (2021).
لیو، ایکس. و همکاران. حسگر پراکندگی رامان (SERS) با سطح انعطاف‌پذیر و بهبود یافته در مقیاس بزرگ با پایداری و یکنواختی سیگنال بالا. ACS Application Matt. Interfaces 12, 45332–45341 (2020).
سندیپ، کی جی و همکاران. یک ساختار ناهمگون سلسله مراتبی از نانومیله‌های فولرن تزئین شده با نانوذرات نقره (Ag-FNRs) به عنوان یک زیرلایه SERS مستقل از تک ذره مؤثر عمل می‌کند. فیزیک. شیمی. شیمی. فیزیک. 27، 18873–18878 (2018).
امام، اچ‌ای و احمد، اچ‌بی. مطالعه تطبیقی ​​نانوساختارهای مبتنی بر آگار هم‌متالیک و هترومتالیک در طول تخریب کاتالیز شده با رنگ. internationality. J. Biol. Large molecules. 138, 450–461 (2019).
امام، اچ‌ای، میخائیل، ام‌ام، الشربینی، اس.، ناجی، کی‌اس و احمد، اچ‌بی. نانوکاتالیز وابسته به فلز برای کاهش آلاینده‌های آروماتیک. چهارشنبه. علم. آلوده. منابع. بین‌المللی. 27، 6459–6475 (2020).
احمد اچ‌بی و امام اچ‌ای، نانوساختارهای سه‌گانه هسته-پوسته (Ag-Au-Pd) که از دانه‌ها در دمای اتاق برای تصفیه بالقوه آب رشد می‌کنند. پلیمر. آزمایش. 89، 106720 (2020).