Hvala vam što ste posjetili Nature.com. Verzija preglednika koju koristite ima ograničenu podršku za CSS. Za najbolje rezultate preporučujemo korištenje novije verzije preglednika (ili isključivanje načina kompatibilnosti u Internet Exploreru). U međuvremenu, kako bismo osigurali kontinuiranu podršku, prikazujemo stranicu bez stiliziranja ili JavaScripta.
Danas su funkcionalne tkanine s antibakterijskim svojstvima popularnije. Međutim, isplativa proizvodnja funkcionalnih tkanina s izdržljivim i dosljednim performansama ostaje izazov. Polivinilni alkohol (PVA) korišten je za modificiranje netkanog materijala od polipropilena (PP), a zatim su srebrne nanočestice (AgNP) deponirane in situ kako bi se dobila PVA-modificirana PP (naziva se AgNPs) tkanina opterećena AgNPs-om /PVA/PP. Kapsulacija PP vlakana pomoću PVA premaza pomaže značajno poboljšati prianjanje opterećenih Ag NPs na PP vlakna, a Ag/PVA/PP netkani materijali pokazuju značajno poboljšana mehanička svojstva i otpornost na Escherichia coli (naziva se E. coli). Općenito, Ag/PVA/PP netkani materijal proizveden pri koncentraciji srebrnog amonijaka od 30 mM ima bolja mehanička svojstva, a stopa antibakterijske zaštite od E. coli doseže 99,99%. Tkanina i dalje zadržava izvrsnu antibakterijsku aktivnost nakon 40 pranja i ima potencijal za ponovnu upotrebu. Osim toga, Ag/PVA/PP netkani materijal ima široke mogućnosti primjene u industriji zbog svoje dobre propusnosti zraka i propusnosti vlage. Osim toga, razvili smo i tehnologiju roll-to-roll te proveli preliminarna istraživanja kako bismo testirali izvedivost ove metode.
S produbljivanjem ekonomske globalizacije, velika kretanja stanovništva uvelike su povećala mogućnost prijenosa virusa, što dobro objašnjava zašto novi koronavirus ima tako snažnu sposobnost širenja diljem svijeta i teško ga je spriječiti1,2,3. U tom smislu, postoji hitna potreba za razvojem novih antibakterijskih materijala, poput polipropilenskih (PP) netkanih materijala, kao medicinskih zaštitnih materijala. Polipropilenska netkana tkanina ima prednosti niske gustoće, kemijske inertnosti i niske cijene4, ali nema antibakterijska svojstva, kratak vijek trajanja i nisku učinkovitost zaštite. Stoga je od velike važnosti dati antibakterijska svojstva PP netkanim materijalima.
Kao drevno antibakterijsko sredstvo, srebro je prošlo kroz pet faza razvoja: koloidna otopina srebra, srebro sulfadiazin, srebro sol, proteinsko srebro i nanosrebro. Nanočestice srebra sve se više koriste u područjima kao što su medicina5,6, vodljivost7,8,9, površinski pojačano Ramanovo raspršenje10,11,12, katalitička razgradnja boja13,14,15,16 itd. Posebno, nanočestice srebra (AgNP) imaju prednosti u odnosu na tradicionalna antimikrobna sredstva kao što su metalne soli, kvaterni amonijevi spojevi i triklosan zbog njihove potrebne bakterijske otpornosti, stabilnosti, niske cijene i ekološke prihvatljivosti17,18,19. Osim toga, nanočestice srebra s velikom specifičnom površinom i visokom antibakterijskom aktivnošću mogu se pričvrstiti na vunene tkanine20, pamučne tkanine21,22, poliesterske tkanine i druge tkanine kako bi se postiglo kontrolirano, produljeno oslobađanje antibakterijskih čestica srebra23,24. To znači da je enkapsulacijom AgNP-a moguće stvoriti PP tkanine s antibakterijskom aktivnošću. Međutim, PP netkani tekstili nemaju funkcionalne skupine i imaju nisku polarnost, što ne pogoduje enkapsulaciji AgNP-a. Kako bi prevladali ovaj nedostatak, neki istraživači pokušali su nanijeti Ag nanočestice na površinu PP tkanina koristeći različite metode modifikacije, uključujući plazma prskanje26,27, cijepljenje zračenjem28,29,30,31 i površinsko premazivanje32. Na primjer, Goli i suradnici [33] uveli su proteinski premaz na površinu PP netkanog tekstila, pri čemu aminokiseline na periferiji proteinskog sloja mogu poslužiti kao sidrišne točke za vezanje AgNP-a, čime se postižu dobra antibakterijska svojstva. Li i suradnici34 otkrili su da N-izopropilakrilamid i N-(3-aminopropil)metakrilamid hidroklorid, ko-cijepljeni ultraljubičastim (UV) jetkanjem, pokazuju snažnu antimikrobnu aktivnost, iako je proces UV jetkanja složen i može degradirati mehanička svojstva. vlakana. . Oliani i suradnici pripremili su Ag NP-PP gel filmove s izvrsnom antibakterijskom aktivnošću prethodnom obradom čistog PP gama zračenjem; međutim, njihova metoda također je bila složena. Stoga i dalje predstavlja izazov učinkovito i jednostavno proizvoditi reciklirajuće netkane polipropilenske materijale sa željenim antimikrobnim djelovanjem.
U ovoj studiji, polivinil alkohol, ekološki prihvatljiv i jeftin membranski materijal s dobrom sposobnošću stvaranja filma, visokom hidrofilnošću i izvrsnom fizičkom i kemijskom stabilnošću, koristi se za modificiranje polipropilenskih tkanina. Glukoza se koristi kao redukcijsko sredstvo36. Povećanje površinske energije modificiranog PP-a potiče selektivno taloženje AgNP-a. U usporedbi s čistom PP tkaninom, pripremljena Ag/PVA/PP tkanina pokazala je dobru reciklabilnost, izvrsno antibakterijsko djelovanje protiv E. coli, dobra mehanička svojstva čak i nakon 40 ciklusa pranja te značajnu prozračnost, propusnost vlage i spolja.
PP netkani materijal specifične težine 25 g/m2 i debljine 0,18 mm osigurala je tvrtka Jiyuan Kang'an Sanitary Materials Co., Ltd. (Jiyuan, Kina) i izrezala ga je na listove dimenzija 5 × 5 cm2. Srebrni nitrat (99,8%; AR) kupljen je od tvrtke Xilong Scientific Co., Ltd. (Shantou, Kina). Glukoza je kupljena od tvrtke Fuzhou Neptune Fuyao Pharmaceutical Co., Ltd. (Fuzhou, Kina). Polivinilni alkohol (industrijski reagens) kupljen je od tvrtke Tianjin Sitong Chemical Factory (Tianjin, Kina). Deionizirana voda korištena je kao otapalo ili ispiranje, a pripremljena je u našem laboratoriju. Hranjivi agar i juha kupljeni su od tvrtke Beijing Aoboxing Biotechnology Co., Ltd. (Peking, Kina). Soj E. coli (ATCC 25922) kupljen je od tvrtke Zhangzhou Bochuang Company (Zhangzhou, Kina).
Dobiveno PP tkivo ispirano je ultrazvukom u etanolu tijekom 15 minuta. Dobiveni PVA dodan je u vodu i zagrijavan na 95 °C tijekom 2 sata kako bi se dobila vodena otopina. Zatim je glukoza otopljena u 10 ml otopine PVA s masenim udjelom od 0,1%, 0,5%, 1,0% i 1,5%. Pročišćena netkana tkanina od polipropilena uronjena je u otopinu PVA/glukoze i zagrijavana na 60 °C tijekom 1 sata. Nakon što je zagrijavanje završeno, netkana tkanina impregnirana PP-om uklanja se iz otopine PVA/glukoze i suši na 60 °C tijekom 0,5 sati kako bi se na površini tkanine formirao PVA film, čime se dobiva kompozitni PVA/PP tekstil.
Srebrni nitrat se otopi u 10 ml vode uz stalno miješanje na sobnoj temperaturi i kap po kap se dodaje amonijak dok se otopina ne promijeni iz bistre u smeđu i ponovno bistru kako bi se dobila otopina srebro-amonijaka (5–90 mM). Netkana tkanina PVA/PP stavi se u otopinu srebro-amonijaka i zagrijava na 60°C tijekom 1 sata kako bi se in situ formirale nanočestice Ag na površini tkanine, zatim se tri puta ispere vodom i suši na 60°C tijekom 0,5 sati kako bi se dobila kompozitna tkanina Ag/PVA/PP.
Nakon preliminarnih eksperimenata, u laboratoriju smo izradili opremu za proizvodnju kompozitnih tkanina velikih razmjera. Valjci su izrađeni od PTFE-a kako bi se izbjegle neželjene reakcije i kontaminacija. Tijekom ovog procesa, vrijeme impregnacije i količina adsorbirane otopine mogu se kontrolirati podešavanjem brzine valjaka i udaljenosti između valjaka kako bi se dobila željena kompozitna tkanina Ag/PVA/PP.
Morfologija površine tkiva proučavana je pomoću VEGA3 skenirajućeg elektronskog mikroskopa (SEM; Japan Electronics, Japan) pri ubrzavajućem naponu od 5 kV. Kristalna struktura srebrnih nanočestica analizirana je rendgenskom difrakcijom (XRD; Bruker, D8 Advanced, Njemačka; Cu Kα zračenje, λ = 0,15418 nm; napon: 40 kV, struja: 40 mA) u rasponu od 10–80°. 2θ. Za analizu kemijskih karakteristika površinski modificirane polipropilenske tkanine korišten je Fourierov transformacijski infracrveni spektrometar (ATR-FTIR; Nicolet 170sx, Thermo Fisher Scientific Incorporation). Sadržaj PVA modifikatora u kompozitnim tkaninama Ag/PVA/PP mjeren je termogravimetrijskom analizom (TGA; Mettler Toledo, Švicarska) pod strujom dušika. Za određivanje sadržaja srebra u kompozitnim tkaninama Ag/PVA/PP korištena je masena spektrometrija s induktivno spregnutom plazmom (ICP-MS, ELAN DRC II, Perkin-Elmer (Hong Kong) Co., Ltd.).
Propusnost zraka i brzina prijenosa vodene pare kompozitne tkanine Ag/PVA/PP (specifikacija: 78 × 50 cm2) izmjerila je neovisna agencija za testiranje (Tianfangbiao Standardization Certification and Testing Co., Ltd.) u skladu s GB/T. 5453-1997 i GB/T 12704.2-2009. Za svaki uzorak odabrano je deset različitih točaka za ispitivanje, a podaci koje je dostavila agencija predstavljaju prosjek deset točaka.
Antibakterijska aktivnost Ag/PVA/PP kompozitne tkanine mjerena je u skladu s kineskim standardima GB/T 20944.1-2007 i GB/T 20944.3- korištenjem metode difuzije na agar ploči (kvalitativna analiza) i metode protresanja u tikvici (kvantitativna analiza) 2008. godine. Antibakterijska aktivnost Ag/PVA/PP kompozitne tkanine protiv Escherichia coli određena je pri različitim vremenima pranja. Za metodu difuzije na agar ploči, testna Ag/PVA/PP kompozitna tkanina se utiskuje u disk (promjer: 8 mm) pomoću bušilice i pričvršćuje na agar Petrijevu zdjelicu inokuliranu s Escherichia coli (ATCC 25922). ; 3,4 × 108 CFU ml-1) te zatim inkubira na 37°C i 56% relativne vlažnosti tijekom približno 24 sata. Zona inhibicije analizirana je vertikalno od središta diska do unutarnjeg opsega okolnih kolonija. Metodom protresanja u tikvici, pripremljena je ravna ploča dimenzija 2 × 2 cm2 od testirane kompozitne tkanine Ag/PVA/PP i autoklavirana u bujonu na 121 °C i 0,1 MPa tijekom 30 minuta. Nakon autoklaviranja, uzorak je uronjen u Erlenmeyerovu tikvicu od 5 mL koja sadrži 70 mL otopine bujona za kulturu (koncentracija suspenzije 1 × 105–4 × 105 CFU/mL), a zatim inkubiran na oscilirajućoj temperaturi od 150 °C o/min i 25 °C tijekom 18 sati. Nakon protresanja, prikupiti određenu količinu bakterijske suspenzije i razrijediti je deseterostruko. Prikupiti potrebnu količinu razrijeđene bakterijske suspenzije, rasporediti je po agar-agaru i uzgajati na 37 °C i 56% relativne vlažnosti tijekom 24 sata. Formula za izračun antibakterijske učinkovitosti je: \(\frac{\mathrm{C}-\mathrm{A}}{\mathrm{C}}\cdot 100\%\), gdje su C i A broj kolonija nakon 24 sata. Uzgojeno u kontrolnoj skupini i kompozitnom tkivu Ag/PVA/PP.
Trajnost Ag/PVA/PP kompozitnih tkanina procijenjena je pranjem prema normi ISO 105-C10:2006.1A. Tijekom pranja, uronite ispitivanu Ag/PVA/PP kompozitnu tkaninu (30x40mm2) u vodenu otopinu koja sadrži komercijalni deterdžent (5,0 g/L) i operite je pri 40±2 okretaja u minuti i 40±5 okretaja u minuti/min. velikom brzinom. °C 10, 20, 30, 40 i 50 ciklusa. Nakon pranja, tkanina se tri puta ispire vodom i suši na temperaturi od 50-60°C tijekom 30 minuta. Izmjerena je promjena sadržaja srebra nakon pranja kako bi se odredio stupanj antibakterijske aktivnosti.
Slika 1 prikazuje shematski dijagram izrade kompozitne tkanine Ag/PVA/PP. To jest, PP netkani materijal uronjen je u miješanu otopinu PVA i glukoze. Netkani materijal impregniran PP-om suši se kako bi se fiksirali modifikator i redukcijsko sredstvo te formirao brtveni sloj. Osušena netkana tkanina od polipropilena uronjena je u otopinu srebro-amonijaka kako bi se srebrne nanočestice taložile in situ. Koncentracija modifikatora, molarni omjer glukoze i srebro-amonijaka, koncentracija srebro-amonijaka i temperatura reakcije utječu na taloženje Ag NP-ova. Slika 2a prikazuje ovisnost kuta kontakta s vodom Ag/PVA/PP tkanine o koncentraciji modifikatora. Kada se koncentracija modifikatora poveća s 0,5 tež.% na 1,0 tež.%, kut kontakta Ag/PVA/PP tkanine značajno se smanjuje; kada se koncentracija modifikatora poveća s 1,0 tež.% na 2,0 tež.%, praktički se ne mijenja. Slika 2b prikazuje SEM slike čistih PP vlakana i Ag/PVA/PP tkanina pripremljenih pri koncentraciji srebro-amonijaka od 50 mM i različitim molarnim omjerima glukoze i srebro-amonijaka (1:1, 3:1, 5:1 i 9:1). Dobivena PP vlakna su relativno glatka. Nakon enkapsulacije s PVA filmom, neka vlakna su slijepljena; Zbog taloženja srebrnih nanočestica, vlakna postaju relativno hrapava. Kako se molarni omjer redukcijskog sredstva i glukoze povećava, naneseni sloj Ag NP postupno se zadebljava, a kako se molarni omjer povećava na 5:1 i 9:1, Ag NP imaju tendenciju stvaranja agregata. Makroskopske i mikroskopske slike PP vlakana postaju ujednačenije, posebno kada je molarni omjer redukcijskog sredstva i glukoze 5:1. Digitalne fotografije odgovarajućih uzoraka dobivenih pri koncentraciji srebro-amonijaka od 50 mM prikazane su na slici S1.
Promjene kontaktnog kuta s vodom Ag/PVA/PP tkanine pri različitim koncentracijama PVA (a), SEM slike Ag/PVA/PP tkanine dobivene pri koncentraciji srebro-amonijaka od 50 mM i različitim molarnim omjerima glukoze i srebro-amonijaka [(b))); (1) PP vlakno, (2) PVA/PP vlakno, (3) molarni omjer 1:1, (4) molarni omjer 3:1, (5) molarni omjer 5:1, (6) molarni omjer 9:1], rendgenski difrakcijski uzorak (c) i SEM slika (d) Ag/PVA/PP tkanine dobivene pri koncentracijama srebro-amonijaka: (1) 5 mM, (2) 10 mM, (3) 30 mM, (4) 50 mM, (5) 90 mM i (6) Ag/PP - 30 mM. Temperatura reakcije je 60°C.
Na sl. 2c prikazan je rendgenski difrakcijski uzorak rezultirajuće Ag/PVA/PP tkanine. Uz difrakcijski vrh PP vlakna 37, četiri difrakcijska vrha na 2θ = ∼ 37,8°, 44,2°, 64,1° i 77,3° odgovaraju (1 1 1), (2 0 0), (2 2 0), kristalnoj ravnini (3 1 1) kubičnih plošno centriranih srebrnih nanočestica. Kako se koncentracija srebro-amonijaka povećava od 5 do 90 mM, rendgenski difrakcijski uzorci Ag postaju oštriji, što je u skladu s naknadnim povećanjem kristalnosti. Prema Scherrerovoj formuli, veličine zrna Ag nanočestica pripremljenih s 10 mM, 30 mM i 50 mM srebro-amonijaka izračunate su na 21,3 nm, 23,3 nm i 26,5 nm. To je zato što je koncentracija srebro-amonijaka pokretačka snaga reakcije redukcije u stvaranje metalnog srebra. S povećanjem koncentracije srebro-amonijaka, brzina nukleacije i rasta Ag NP se povećava. Slika 2d prikazuje SEM slike Ag/PVA/PP tkanina dobivenih pri različitim koncentracijama Ag amonijaka. Pri koncentraciji srebro-amonijaka od 30 mM, naneseni sloj Ag NP je relativno homogen. Međutim, kada je koncentracija srebro-amonijaka previsoka, ujednačenost sloja taloženja Ag NP se smanjuje, što može biti posljedica jake aglomeracije u sloju taloženja Ag NP. Osim toga, srebrne nanočestice na površini imaju dva oblika: sferni i ljuskavi. Veličina sfernih čestica je približno 20–80 nm, a lamelarna lateralna veličina je približno 100–300 nm (slika S2). Sloj taloženja Ag nanočestica na površini nemodificirane PP tkanine je neravnomjeran. Osim toga, povećanje temperature potiče redukciju Ag NP (slika S3), ali previsoka temperatura reakcije ne potiče selektivno taloženje Ag NP.
Slika 3a shematski prikazuje odnos između koncentracije srebro-amonijaka, količine istaloženog srebra i antibakterijske aktivnosti pripremljene Ag/PVA/PP tkanine. Slika 3b prikazuje antibakterijske obrasce uzoraka pri različitim koncentracijama srebro-amonijaka, što može izravno odražavati antibakterijski status uzoraka. Kada se koncentracija srebro-amonijaka povećala s 5 mM na 90 mM, količina taloženog srebra povećala se s 13,67 g/kg na 481,81 g/kg. Osim toga, kako se količina taloženog srebra povećava, antibakterijska aktivnost protiv E. coli u početku se povećava, a zatim ostaje na visokoj razini. Točnije, kada je koncentracija srebro-amonijaka 30 mM, količina taloženog srebra u rezultirajućoj Ag/PVA/PP tkanini iznosi 67,62 g/kg, a antibakterijska stopa je 99,99%, te je ovaj uzorak odabran kao reprezentativan za naknadnu strukturnu karakterizaciju.
(a) Odnos između razine antibakterijske aktivnosti i količine nanesenog sloja Ag te koncentracije srebro-amonijaka; (b) Fotografije ploča za bakterijske kulture snimljene digitalnim fotoaparatom koje prikazuju slijepe uzorke i uzorke pripremljene korištenjem 5 mM, 10 mM, 30 mM, 50 mM i 90 mM srebro-amonijaka. Antibakterijska aktivnost Ag/PVA/PP tkanine protiv Escherichia coli
Slika 4a prikazuje FTIR/ATR spektre PP, PVA/PP, Ag/PP i Ag/PVA/PP. Apsorpcijske vrpce čistog PP vlakna na 2950 cm-1 i 2916 cm-1 posljedica su asimetrične vibracije istezanja –CH3 i –CH2- skupina, a na 2867 cm-1 i 2837 cm-1 posljedica su simetrične vibracije istezanja –CH3 i –CH2 skupina –. –CH3 i –CH2–. Apsorpcijske vrpce na 1375 cm–1 i 1456 cm–1 pripisuju se asimetričnim i simetričnim vibracijama pomaka –CH338.39. FTIR spektar Ag/PP vlakna sličan je spektru PP vlakana. Osim apsorpcijske vrpce PP, novi apsorpcijski vrh na 3360 cm-1 PVA/PP i Ag/PVA/PP tkanina pripisuje se istezanju vodikove veze –OH skupine. To pokazuje da se PVA uspješno nanosi na površinu polipropilenskih vlakana. Osim toga, vrh apsorpcije hidroksila Ag/PVA/PP tkanine je nešto slabiji od onog kod PVA/PP tkanine, što može biti posljedica koordinacije nekih hidroksilnih skupina sa srebrom.
FT-IR spektar (a), TGA krivulja (b) i XPS mjerni spektar (c) čistog PP, PVA/PP tkanine i Ag/PVA/PP tkanine, te C 1s spektar čistog PP (d), PVA/PP PP tkanine (e) i Ag 3d vrha (f) Ag/PVA/PP tkanine.
Na sl. 4c prikazani su XPS spektri PP, PVA/PP i Ag/PVA/PP tkanina. Slab O 1s signal čistog polipropilenskog vlakna može se pripisati elementu kisika adsorbiranom na površini; C 1s vrh na 284,6 eV pripisuje se CH i CC (vidi sliku 4d). U usporedbi s čistim PP vlaknima, PVA/PP tkanina (slika 4e) pokazuje visoke performanse na 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. Osim toga, O 1s spektar PVA/PP tkanine može se aproksimirati s dva vrha na 532,3 eV i 533,2 eV41 (slika S4), ovi C 1s vrhovi odgovaraju C–OH i H–C=O (hidroksilne skupine PVA i aldehidno-glukozna skupina), što je u skladu s FTIR podacima. Ag/PVA/PP netkana tkanina zadržava O 1s spektar C-OH (532,3 eV) i HC=O (533,2 eV) (slika S5), koji se sastoji od 65,81% (atomski postotak) C, 22,89% O i 11,31% Ag (slika S4). Posebno, vrhovi Ag 3d5/2 i Ag 3d3/2 na 368,2 eV i 374,2 eV (slika 4f) dodatno dokazuju da su Ag NP dopirane na površini netkanog materijala PVA/PP42.
TGA krivulje (slika 4b) čistog PP, Ag/PP tkanine i Ag/PVA/PP tkanine pokazuju da prolaze kroz slične procese toplinske razgradnje, a taloženje Ag NP dovodi do blagog povećanja temperature toplinske razgradnje PP vlakana (s 480 °C (PP vlakna) na 495 °C), moguće zbog stvaranja Ag barijere43. Istovremeno, preostale količine čistih uzoraka PP, Ag/PP, Ag/PVA/PP, Ag/PVA/PP-W50 i Ag/PP-W50 nakon zagrijavanja na 800 °C bile su 1,32%, 16,26% i 13,86%, odnosno 9,88% i 2,12% (sufiks W50 ovdje se odnosi na 50 ciklusa pranja). Ostatak čistog PP pripisuje se nečistoćama, a ostatak preostalih uzoraka Ag NP-ovima, a razlika u preostaloj količini uzoraka napunjenih srebrom trebala bi biti posljedica različitih količina srebrnih nanočestica nanesenih na njih. Osim toga, nakon 50 pranja Ag/PP tkanine, preostali sadržaj srebra smanjen je za 94,65%, a preostali sadržaj srebra u Ag/PVA/PP tkanini smanjen je za oko 31,74%. To pokazuje da PVA enkapsulirajući premaz može učinkovito poboljšati prianjanje AgNP-ova na PP matricu.
Za procjenu udobnosti nošenja izmjerena je propusnost zraka i brzina prijenosa vodene pare pripremljene polipropilenske tkanine. Općenito govoreći, prozračnost je povezana s toplinskom udobnošću korisnika, posebno u vrućim i vlažnim okruženjima44. Kao što je prikazano na slici 5a, propusnost zraka čistog PP-a iznosi 2050 mm/s, a nakon modifikacije PVA-a smanjuje se na 856 mm/s. To je zato što PVA film formiran na površini PP vlakana i tkanog dijela pomaže u smanjenju praznina između vlakana. Nakon nanošenja Ag NP-a, propusnost zraka PP tkanine povećava se zbog potrošnje PVA premaza pri nanošenju Ag NP-a. Osim toga, prozračnost Ag/PVA/PP tkanina ima tendenciju smanjenja kako se koncentracija srebro-amonijaka povećava od 10 do 50 mmol. To može biti zbog činjenice da se debljina sloja srebra povećava s povećanjem koncentracije srebro-amonijaka, što pomaže u smanjenju broja pora i vjerojatnosti prolaska vodene pare kroz njih.
(a) Propusnost zraka Ag/PVA/PP tkanina pripremljenih s različitim koncentracijama srebro-amonijaka; (b) Propusnost vodene pare Ag/PVA/PP tkanina pripremljenih s različitim koncentracijama srebro-amonijaka; (c) Različiti modifikatori Vlačna krivulja Ag tkanine/PVA/PP dobivene pri različitim koncentracijama; (d) Vlačna krivulja Ag/PVA/PP tkanine dobivene pri različitim koncentracijama srebro-amonijaka (prikazana je i Ag/PVA/PP tkanina dobivena pri koncentraciji srebro-amonijaka od 30 mM) (Usporedite vlačne krivulje PP tkanina nakon 40 ciklusa pranja).
Brzina prijenosa vodene pare još je jedan važan pokazatelj toplinske udobnosti tkanine45. Ispada da na propusnost vlage tkanina uglavnom utječu prozračnost i površinska svojstva. To jest, propusnost zraka uglavnom ovisi o broju pora; površinska svojstva utječu na propusnost vlage hidrofilnih skupina putem adsorpcije-difuzije-desorpcije molekula vode. Kao što je prikazano na slici 5b, propusnost vlage čistog PP vlakna iznosi 4810 g/(m2·24h). Nakon brtvljenja PVA premazom, broj rupa u PP vlaknu se smanjuje, ali propusnost vlage PVA/PP tkanine raste na 5070 g/(m2·24h), budući da je njezina propusnost vlage uglavnom određena površinskim svojstvima, a ne porama. Nakon taloženja AgNP-a, propusnost vlage Ag/PVA/PP tkanine dodatno se povećala. Posebno, maksimalna propusnost vlage Ag/PVA/PP tkanine dobivena pri koncentraciji srebrnog amonijaka od 30 mM iznosi 10300 g/(m2·24h). Istovremeno, različita propusnost vlage Ag/PVA/PP tkanina dobivenih pri različitim koncentracijama srebro-amonijaka može biti povezana s razlikama u debljini sloja nanesenog srebra i broju njegovih pora.
Mehanička svojstva tkanina snažno utječu na njihov vijek trajanja, posebno kao reciklabilnih materijala46. Slika 5c prikazuje krivulju vlačne čvrstoće Ag/PVA/PP tkanine. Vlačna čvrstoća čistog PP-a iznosi samo 2,23 MPa, dok je vlačna čvrstoća 1 tež.% PVA/PP tkanine značajno povećana na 4,56 MPa, što ukazuje na to da enkapsulacija PVA PP tkanine pomaže značajno poboljšati njezina mehanička svojstva. Vlačna čvrstoća i prekidno istezanje PVA/PP tkanine povećavaju se s povećanjem koncentracije PVA modifikatora jer PVA film može prekinuti naprezanje i ojačati PP vlakna. Međutim, kada se koncentracija modifikatora poveća na 1,5 tež.%, ljepljivi PVA čini polipropilensku tkaninu krutom, što ozbiljno utječe na udobnost nošenja.
U usporedbi s čistim PP i PVA/PP tkaninama, vlačna čvrstoća i prekidno istezanje Ag/PVA/PP tkanina dodatno su poboljšani jer Ag nanočestice ravnomjerno raspoređene na površini PP vlakana mogu rasporediti opterećenje47,48. Može se vidjeti da je vlačna čvrstoća Ag/PP vlakana veća od one čistog PP-a, dostižući 3,36 MPa (slika 5d), što potvrđuje snažan i ojačavajući učinak Ag NP. Konkretno, Ag/PVA/PP tkanina proizvedena pri koncentraciji srebro-amonijaka od 30 mM (umjesto 50 mM) pokazuje maksimalnu vlačnu čvrstoću i prekidno istezanje, što je i dalje posljedica ravnomjernog taloženja Ag NP, kao i ravnomjernog taloženja. Agregacija srebro-amonijaka u uvjetima visoke koncentracije srebro-amonijaka. Osim toga, nakon 40 ciklusa pranja, vlačna čvrstoća i prekidno istezanje Ag/PVA/PP tkanine pripremljene pri koncentraciji srebro-amonijaka od 30 mM smanjili su se za 32,7% odnosno 26,8% (slika 5d), što može biti povezano s malim gubitkom srebrnih nanočestica taloženih nakon toga.
Slike 6a i b prikazuju fotografije Ag/PVA/PP tkanine i Ag/PP tkanine snimljene digitalnim fotoaparatom nakon pranja tijekom 0, 10, 20, 30, 40 i 50 ciklusa pri koncentraciji srebro-amonijaka od 30 mM. Tamnosiva Ag/PVA/PP tkanina i Ag/PP tkanina postupno postaju svijetlosiva nakon pranja; a promjena boje prve tijekom pranja ne čini se tako ozbiljnom kao kod druge. Osim toga, u usporedbi s Ag/PP tkaninom, sadržaj srebra u Ag/PVA/PP tkanini smanjivao se relativno sporo nakon pranja; nakon 20 ili više pranja, prva je zadržala veći sadržaj srebra od druge (slika 6c). To ukazuje na to da kapsuliranje PP vlakana PVA premazom može značajno poboljšati prianjanje Ag NP na PP vlakna. Slika 6d prikazuje SEM slike Ag/PVA/PP tkanine i Ag/PP tkanine nakon pranja tijekom 10, 40 i 50 ciklusa. Ag/PVA/PP tkanine imaju manji gubitak Ag NP tijekom pranja nego Ag/PP tkanine, opet zato što PVA enkapsulirajući premaz pomaže u poboljšanju prianjanja Ag NP na PP vlakna.
(a) Fotografije Ag/PP tkanine snimljene digitalnim fotoaparatom (snimljene pri koncentraciji srebro-amonijaka od 30 mM) nakon pranja tijekom 0, 10, 20, 30, 40 i 50 ciklusa (1-6); (b) Ag/PVA/PP fotografije tkanina snimljene digitalnim fotoaparatom (snimljene pri koncentraciji srebro-amonijaka od 30 mM) nakon pranja tijekom 0, 10, 20, 30, 40 i 50 ciklusa (1-6); (c) Promjene u sadržaju srebra u dvjema tkaninama tijekom ciklusa pranja; (d) SEM slike Ag/PVA/PP tkanine (1-3) i Ag/PP tkanine (4-6) nakon 10, 40 i 50 ciklusa pranja.
Slika 7 prikazuje antibakterijsku aktivnost i fotografije snimljene digitalnim fotoaparatom Ag/PVA/PP tkanina protiv E. coli nakon 10, 20, 30 i 40 ciklusa pranja. Nakon 10 i 20 pranja, antibakterijska učinkovitost Ag/PVA/PP tkanina ostala je na 99,99% i 99,93%, što pokazuje izvrsnu antibakterijsku aktivnost. Antibakterijska razina Ag/PVA/PP tkanine neznatno se smanjila nakon 30 i 40 pranja, što je bilo zbog gubitka AgNP-a nakon dugotrajnog pranja. Međutim, antibakterijska stopa Ag/PP tkanine nakon 40 pranja iznosi samo 80,16%. Očito je da je antibakterijski učinak Ag/PP tkanine nakon 40 ciklusa pranja mnogo manji od učinka Ag/PVA/PP tkanine.
(a) Razina antibakterijske aktivnosti protiv E. coli. (b) Za usporedbu, prikazane su i fotografije Ag/PVA/PP tkanine snimljene digitalnim fotoaparatom nakon pranja Ag/PP tkanine pri koncentraciji srebro-amonijaka od 30 mM tijekom 10, 20, 30, 40 i 40 ciklusa.
Na sl. 8 shematski je prikazana izrada Ag/PVA/PP tkanine velikih razmjera korištenjem dvostupanjskog postupka s role na rolu. To jest, otopina PVA/glukoze je natopljena u okviru role određeno vrijeme, zatim izvađena i impregnirana otopinom srebro-amonijaka na isti način kako bi se dobila Ag/PVA/PP tkanina. (Sl. 8a). Dobivena Ag/PVA/PP tkanina i dalje zadržava izvrsnu antibakterijsku aktivnost čak i ako se ostavi 1 godinu. Za pripremu Ag/PVA/PP tkanina velikih razmjera, dobiveni PP netkani tekstili su impregnirani u kontinuiranom procesu valjanja, a zatim su sekvencijalno propušteni kroz otopinu PVA/glukoze i otopinu srebro-amonijaka i obrađeni na dva načina. Priloženi videozapisi. Vrijeme impregnacije kontrolira se podešavanjem brzine valjka, a količina adsorbirane otopine kontrolira se podešavanjem udaljenosti između valjaka (Sl. 8b), čime se dobiva ciljana Ag/PVA/PP netkana tkanina velikih dimenzija (50 cm × 80 cm). i valjak za sakupljanje. Cijeli proces je jednostavan i učinkovit, što pogoduje proizvodnji velikih razmjera.
Shematski dijagram proizvodnje velikih ciljnih proizvoda (a) i shematski dijagram procesa valjanja za proizvodnju Ag/PVA/PP netkanih materijala (b).
Netkani PVA/PP koji sadrže srebro proizvode se jednostavnom tehnologijom taloženja u tekućoj fazi in situ u kombinaciji s postupkom s role na rolu. U usporedbi s PP tkaninom i PVA/PP tkaninom, mehanička svojstva pripremljenog netkanog Ag/PVA/PP materijala značajno su poboljšana jer PVA brtveni sloj može značajno poboljšati prianjanje Ag NP na PP vlakna. Osim toga, količina PVA i sadržaj srebrnih NP u netkanom materijalu Ag/PVA/PP mogu se dobro kontrolirati podešavanjem koncentracija otopine PVA/glukoze i otopine srebro-amonijaka. Konkretno, netkani materijal Ag/PVA/PP pripremljen korištenjem 30 mM otopine srebro-amonijaka pokazao je najbolja mehanička svojstva i zadržao izvrsnu antibakterijsku aktivnost protiv E. coli čak i nakon 40 ciklusa pranja, pokazujući dobar potencijal protiv obraštanja. PP netkani materijal. U usporedbi s drugim podacima iz literature, tkanine koje smo dobili jednostavnijim metodama pokazale su bolju otpornost na pranje. Osim toga, dobiveni netkani materijal Ag/PVA/PP ima idealnu propusnost vlage i udobnost nošenja, što može olakšati njegovu primjenu u industrijskim primjenama.
Uključite sve podatke dobivene ili analizirane tijekom ove studije (i njihove prateće datoteke s informacijama).
Russell, SM i dr. Biosenzori za borbu protiv citokinske oluje COVID-19: izazovi koji predstoje. ACS Sens. 5, 1506–1513 (2020).
Zaeem S, Chong JH, Shankaranayanan V i Harkey A. COVID-19 i multiorganski odgovori. trenutno. pitanje. srce. 45, 100618 (2020).
Zhang R i dr. Procjene broja slučajeva koronavirusa u Kini u 2019. godini prilagođene su prema stadiju i endemskim regijama. front. medicine. 14, 199–209 (2020).
Gao J. i dr. Fleksibilni, superhidrofobni i visoko vodljivi netkani kompozitni materijal od polipropilena za zaštitu od elektromagnetskih smetnji. Chemical. engineer. J. 364, 493–502 (2019).
Raihan M. i dr. Razvoj multifunkcionalnih poliakrilonitrilnih/srebrnih nanokompozitnih filmova: antibakterijska aktivnost, katalitička aktivnost, vodljivost, UV zaštita i aktivni SERS senzori. J. Matt. resource. technologies. 9, 9380–9394 (2020).
Dawadi S, Katuwal S, Gupta A, Lamichane U i Parajuli N. Trenutna istraživanja srebrnih nanočestica: sinteza, karakterizacija i primjena. J. Nanomaterials. 2021, 6687290 (2021).
Deng Da, Chen Zhi, Hu Yong, Ma Jian, Tong YDN Jednostavan postupak za pripremu vodljive tinte na bazi srebra i njezino nanošenje na frekvencijski selektivne površine. Nanotehnologija 31, 105705–105705 (2019).
Hao, Y. i dr. Hiperrazgranati polimeri omogućuju upotrebu srebrnih nanočestica kao stabilizatora za inkjet ispis fleksibilnih krugova. R. Shuker. Chemical. 43, 2797–2803 (2019).
Keller P i Kawasaki HJML Mreže vodljivih lisnih vena proizvedene samosastavljanjem srebrnih nanočestica za potencijalne primjene u fleksibilnim senzorima. Matt. Wright. 284, 128937.1-128937.4 (2020).
Li, J. i dr. Nanosfere i nizovi silicijevog dioksida ukrašeni nanočesticama srebra kao potencijalni supstrati za površinski pojačano Ramanovo raspršenje. ASU Omega 6, 32879–32887 (2021).
Liu, X. i dr. Veliki senzor Ramanovog raspršenja s fleksibilnom površinom (SERS) s visokom stabilnošću i ujednačenošću signala. ACS Application Matt. Interfaces 12, 45332–45341 (2020).
Sandeep, KG i dr. Hijerarhijska heterostruktura fulerenskih nanostubića ukrašenih srebrnim nanočesticama (Ag-FNR) služi kao učinkovita SERS podloga neovisna o jednoj čestici. fizika. Kemijska. Kemijska. fizika. 27, 18873–18878 (2018).
Emam, HE i Ahmed, HB Komparativna studija homometalnih i heterometalnih nanostruktura na bazi agara tijekom razgradnje katalizirane bojom. međunarodnost. J. Biol. Velike molekule. 138, 450–461 (2019).
Emam, HE, Mikhail, MM, El-Sherbiny, S., Nagy, KS i Ahmed, HB Nanokataliza ovisna o metalu za smanjenje aromatskih onečišćujućih tvari. Srijeda. znanost. zagađivati. resurs. međunarodnost. 27, 6459–6475 (2020).
Ahmed HB i Emam HE Nanostrukture s trostrukom jezgrom i ljuskom (Ag-Au-Pd) uzgojene iz sjemena na sobnoj temperaturi za potencijalno pročišćavanje vode. polimer. test. 89, 106720 (2020).
Vrijeme objave: 26. studenog 2023.