Köszönjük, hogy felkereste a Nature.com weboldalt. Az Ön által használt böngészőverzió korlátozott CSS-támogatással rendelkezik. A legjobb eredmény elérése érdekében javasoljuk a böngésző újabb verziójának használatát (vagy a kompatibilitási mód kikapcsolását az Internet Explorerben). Időközben a folyamatos támogatás biztosítása érdekében a webhelyet stílus és JavaScript nélkül jelenítjük meg.
Manapság az antibakteriális tulajdonságokkal rendelkező funkcionális szövetek népszerűbbek. Azonban a tartós és állandó teljesítményű funkcionális szövetek költséghatékony előállítása továbbra is kihívást jelent. Polivinil-alkoholt (PVA) használtak a polipropilén (PP) nemszőtt szövet módosítására, majd ezüst nanorészecskéket (AgNP-ket) vittek fel in situ, így állítva elő PVA-val módosított, AgNP-kkal töltött PP-t (a továbbiakban: AgNP-k). /PVA/PP) szövetet. A PP szálak PVA bevonattal történő kapszulázása jelentősen javítja a töltött Ag NP-k tapadását a PP szálakhoz, és az Ag/PVA/PP nemszőtt szövetek jelentősen jobb mechanikai tulajdonságokat és ellenállást mutatnak az Escherichia colival (a továbbiakban: E. coli) szemben. Általánosságban elmondható, hogy a 30 mM ezüst-ammónia koncentrációban előállított Ag/PVA/PP nemszőtt szövet jobb mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik, és az E. coli elleni antibakteriális védelmi arány eléri a 99,99%-ot. A szövet 40 mosás után is kiváló antibakteriális aktivitást tart fenn, és ismételt felhasználásra is alkalmas. Ezenkívül az Ag/PVA/PP nemszőtt szövet széles körben alkalmazható az iparban a jó légáteresztő képessége és nedvességáteresztő képessége miatt. Ezenkívül kifejlesztettünk egy tekercsről tekercsre technológiát is, és előzetes vizsgálatokat végeztünk a módszer megvalósíthatóságának tesztelésére.
A gazdasági globalizáció elmélyülésével a nagymértékű népességmozgások jelentősen megnövelték a vírusterjedés lehetőségét, ami jól magyarázza, hogy az új koronavírus miért képes olyan erősen terjedni az egész világon, és miért nehéz megelőzni1,2,3. Ebben az értelemben sürgősen szükség van új antibakteriális anyagok, például polipropilén (PP) nemszőtt textíliák kifejlesztésére orvosi védőanyagként. A polipropilén nemszőtt szövet előnyei az alacsony sűrűség, a kémiai inertség és az alacsony költség4, de nem rendelkezik antibakteriális képességgel, rövid élettartammal és alacsony védelmi hatékonysággal. Ezért nagy fontosságú, hogy a PP nemszőtt anyagok antibakteriális tulajdonságokkal rendelkezzenek.
Mint ősi antibakteriális szer, az ezüst öt fejlődési szakaszon ment keresztül: kolloid ezüstoldat, ezüst-szulfadiazin, ezüstsó, fehérjeezüst és nanoezüst. Az ezüst nanorészecskéket egyre inkább olyan területeken használják, mint az orvostudomány5,6, a vezetőképesség7,8,9, a felületerősített Raman-szórás10,11,12, a festékek katalitikus lebontása13,14,15,16 stb. Az ezüst nanorészecskék (AgNP-k) különösen előnyösek a hagyományos antimikrobiális szerekkel, például a fémsókkal, a kvaterner ammóniumvegyületekkel és a triklozánnal szemben, mivel szükséges bakteriális rezisztenciájuk, stabilitásuk, alacsony költségük és környezeti elfogadhatóságuk17,18,19. Ezenkívül a nagy fajlagos felületű és magas antibakteriális aktivitású ezüst nanorészecskék gyapjúszövetekhez20, pamutszövetekhez21,22, poliészter szövetekhez és más szövetekhez rögzíthetők, hogy antibakteriális ezüstrészecskéket bocsássanak ki, szabályozottan és tartósan.23,24 Ez azt jelenti, hogy az AgNP-k kapszulázásával antibakteriális aktivitású PP szövetek hozhatók létre. A PP nemszőtt textíliákban azonban nincsenek funkcionális csoportok, és alacsony polaritásúak, ami nem segíti elő az AgNP-k kapszulázását. Ennek a hátránynak a leküzdésére egyes kutatók megkíséreltek Ag nanorészecskéket felvinni PP szövetek felületére különféle módosítási módszerekkel, beleértve a plazmaszórást26,27, a besugárzásos oltást28,29,30,31 és a felületbevonást32. Például Goli és munkatársai [33] egy fehérjebevonatot vezettek be a PP nemszőtt szövet felületére, a fehérjeréteg peremén lévő aminosavak horgonyzópontként szolgálhatnak az AgNP-k kötődéséhez, ezáltal jó antibakteriális tulajdonságokat érve el. Li és munkatársai34 azt találták, hogy az ultraibolya (UV) maratással együttesen oltott N-izopropil-akrilamid és N-(3-aminopropil)metakrilamid-hidroklorid erős antimikrobiális aktivitást mutatott, bár az UV maratási folyamat összetett és ronthatja a szálak mechanikai tulajdonságait. Oliani és munkatársai kiváló antibakteriális aktivitású Ag NP-PP gélfilmeket állítottak elő tiszta PP gamma-besugárzással történő előkezelésével; azonban az ő módszerük is összetett volt. Így továbbra is kihívást jelent a kívánt antimikrobiális aktivitással rendelkező, újrahasznosítható polipropilén nemszőtt textíliák hatékony és egyszerű előállítása.
Ebben a tanulmányban polivinil-alkoholt, egy környezetbarát és olcsó membránanyagot használtak polipropilén szövetek módosítására, amely jó filmképző képességgel, magas hidrofilitással és kiváló fizikai és kémiai stabilitással rendelkezik. Redukálószerként glükózt használtak36. A módosított PP felületi energiájának növekedése elősegíti az AgNP-k szelektív lerakódását. A tiszta PP szövettel összehasonlítva az előállított Ag/PVA/PP szövet jó újrahasznosíthatóságot, kiváló antibakteriális aktivitást mutatott az E. coli ellen, jó mechanikai tulajdonságokat mutatott még 40 mosási ciklus után is, valamint jelentős légáteresztő képességet, nemi és nedvességáteresztő képességet.
A 25 g/m2 fajsúlyú és 0,18 mm vastagságú PP nemszőtt szövetet a Jiyuan Kang'an Sanitary Materials Co., Ltd. (Jiyuan, Kína) biztosította, és 5×5 cm2-es lapokká vágták. Az ezüst-nitrátot (99,8%; AR) a Xilong Scientific Co., Ltd.-től (Shantou, Kína) vásárolták. A glükózt a Fuzhou Neptune Fuyao Pharmaceutical Co., Ltd.-től (Fuzhou, Kína) vásárolták. A polivinil-alkoholt (ipari minőségű reagens) a Tianjin Sitong Chemical Factory-tól (Tianjin, Kína) vásárolták. Az ioncserélt vizet oldószerként vagy öblítőként használtuk, és laboratóriumunkban készítettük el. A táptalajt és a táptalajt a Beijing Aoboxing Biotechnology Co., Ltd.-től (Peking, Kína) vásároltuk. Az E. coli törzset (ATCC 25922) a Zhangzhou Bochuang Company-tól (Zhangzhou, Kína) vásároltuk.
A kapott PP szövetet ultrahanggal mostuk etanolban 15 percig. A kapott PVA-t vízhez adtuk, és 95°C-on 2 órán át melegítettük, hogy vizes oldatot kapjunk. Ezután glükózt oldottunk 10 ml PVA-oldatban, amelynek tömegaránya 0,1%, 0,5%, 1,0% és 1,5%. A tisztított polipropilén nemszőtt szövetet PVA/glükóz oldatba merítettük, és 60°C-on melegítettük 1 órán át. A melegítés befejezése után a PP-vel impregnált nemszőtt szövetet kivettük a PVA/glükóz oldatból, és 60°C-on 0,5 órán át szárítottuk, így PVA film képződött a háló felületén, így PVA/PP kompozit textíliát kaptunk.
Az ezüst-nitrátot 10 ml vízben oldjuk fel folyamatos keverés mellett szobahőmérsékleten, és cseppenként ammóniát adunk hozzá, amíg az oldat tisztáról barnára, majd ismét tisztára nem változik, így ezüst-ammónia oldatot (5–90 mM) kapunk. Helyezzünk PVA/PP nemszőtt szövetet ezüst-ammónia oldatba, és melegítsük 60°C-on 1 órán át, hogy ezüst-nanorészecskék képződjenek a szövet felületén, majd öblítsük le háromszor vízzel, és szárítsuk 60°C-on 0,5 órán át, így ezüst/PVA/PP kompozit szövetet kapunk.
Előzetes kísérletek után a laboratóriumban egy tekercsről tekercsre berendezést építettünk kompozit szövetek nagyméretű gyártásához. A hengerek PTFE-ből készülnek, hogy elkerüljük a káros reakciókat és a szennyeződést. A folyamat során az impregnálás ideje és az adszorbeált oldat mennyisége a hengerek sebességének és a hengerek közötti távolságnak a beállításával szabályozható, hogy a kívánt Ag/PVA/PP kompozit szövetet kapjuk.
A szövetfelszíni morfológiát VEGA3 pásztázó elektronmikroszkóppal (SEM; Japan Electronics, Japán) vizsgáltuk 5 kV gyorsítófeszültségen. Az ezüst nanorészecskék kristályszerkezetét röntgendiffrakcióval (XRD; Bruker, D8 Advanced, Németország; Cu Kα sugárzás, λ = 0,15418 nm; feszültség: 40 kV, áram: 40 mA) elemeztük 10–80° 2θ tartományban. A felületmódosított polipropilén szövet kémiai jellemzőinek elemzéséhez Fourier-transzformációs infravörös spektrométert (ATR-FTIR; Nicolet 170sx, Thermo Fisher Scientific Incorporation) használtunk. Az Ag/PVA/PP kompozit szövetek PVA módosító tartalmát termogravimetriás analízissel (TGA; Mettler Toledo, Svájc) mértük nitrogénáramban. Az Ag/PVA/PP kompozit szövetek ezüsttartalmának meghatározására induktív csatolású plazma tömegspektrometriát (ICP-MS, ELAN DRC II, Perkin-Elmer (Hong Kong) Co., Ltd.) használtunk.
Az Ag/PVA/PP kompozit szövet (specifikáció: 78×50cm2) légáteresztő képességét és vízgőz-áteresztő képességét egy független vizsgálati ügynökség (Tianfangbiao Standardization Certification and Testing Co., Ltd.) mérte a GB/T. 5453-1997 és a GB/T 12704.2-2009 szabványoknak megfelelően. Minden mintához tíz különböző pontot választottak ki a vizsgálathoz, és az ügynökség által szolgáltatott adatok a tíz pont átlagát jelentik.
Az Ag/PVA/PP kompozit szövet antibakteriális aktivitását a GB/T 20944.1-2007 és a GB/T 20944.3- kínai szabványok szerint mérték agarlemezes diffúziós módszerrel (kvalitatív elemzés), illetve rázólombikos módszerrel (kvantitatív elemzés) 2008-ban. Az Ag/PVA/PP kompozit szövet Escherichia coli elleni antibakteriális aktivitását különböző mosási időkben határozták meg. Az agarlemezes diffúziós módszerhez a teszt Ag/PVA/PP kompozit szövetet egy lyukasztóval egy 8 mm átmérőjű koronggá lyukasztották, majd egy Escherichia colival (ATCC 25922) beoltott Petri-csészébe rögzítették. ; 3,4 × 108 CFU ml-1), majd 37°C-on és 56% relatív páratartalom mellett inkubálták körülbelül 24 órán át. A gátlási zónát függőlegesen elemezték a korong közepétől a környező telepek belső kerületéig. A rázólombikos módszerrel egy 2 × 2 cm2-es síklemezt készítettünk a tesztelt Ag/PVA/PP kompozit szövetből, és autoklávoztuk táptalajban 121 °C-on és 0,1 MPa nyomáson 30 percig. Az autoklávozás után a mintát egy 70 ml táptalajt (szuszpenziókoncentráció 1 × 105–4 × 105 CFU/ml) tartalmazó 5 ml-es Erlenmeyer-lombikba merítettük, majd 150 °C fordulat/perc fordulatszámon és 25 °C-on 18 órán át inkubáltuk. Rázás után bizonyos mennyiségű baktériumszuszpenziót vettünk fel, és tízszeresére hígítottuk. A szükséges mennyiségű hígított baktériumszuszpenziót agar táptalajra szélesztettük, és 37 °C-on, 56% relatív páratartalom mellett tenyésztettük 24 órán át. Az antibakteriális hatékonyság kiszámításának képlete: \(\frac{\mathrm{C}-\mathrm{A}}{\mathrm{C}}\cdot 100\%\), ahol C és A a 24 óra elteltével kialakult telepek számát jelöli. Kontrollcsoportban és Ag/PVA/PP kompozit szövetben tenyésztve.
Az Ag/PVA/PP kompozit szövetek tartósságát az ISO 105-C10:2006.1A szabvány szerinti mosással értékelték. Mosás közben a vizsgált Ag/PVA/PP kompozit szövetet (30x40mm2) mártották kereskedelmi forgalomban kapható mosószert (5,0 g/l) tartalmazó vizes oldatba, és 40±2 fordulat/perc, illetve 40±5 fordulat/perc sebességgel mosták nagy sebességgel. °C 10, 20, 30, 40 és 50 ciklusban. Mosás után a szövetet háromszor öblítették vízzel, majd 50-60°C hőmérsékleten 30 percig szárították. Az antibakteriális aktivitás mértékének meghatározásához a mosás utáni ezüsttartalom változását mérték.
Az 1. ábra az Ag/PVA/PP kompozit szövet gyártásának vázlatos rajzát mutatja. Vagyis a PP nemszőtt anyagot PVA és glükóz kevert oldatába merítik. A PP-vel impregnált nemszőtt anyagot megszárítják, hogy a módosítószert és a redukálószert rögzítsék, és így egy tömítőréteget képezzenek. A szárított polipropilén nemszőtt szövetet ezüst-ammónia oldatba merítik, hogy az ezüst nanorészecskék in situ lerakódjanak. A módosító koncentrációja, a glükóz és az ezüst-ammónia mólaránya, az ezüst-ammónia koncentrációja és a reakcióhőmérséklet fontos tényezők, amelyek befolyásolják az Ag NP-k kicsapódását. A 2a. ábra az Ag/PVA/PP szövet víz érintkezési szögének a módosító koncentrációjától való függését mutatja. Amikor a módosító koncentrációja 0,5 tömeg%-ról 1,0 tömeg%-ra nő, az Ag/PVA/PP szövet érintkezési szöge jelentősen csökken; amikor a módosító koncentrációja 1,0 tömeg%-ról 2,0 tömeg%-ra nő, gyakorlatilag nem változik. A 2b. ábra tiszta PP szálak és Ag/PVA/PP szövetek SEM képeit mutatja, 50 mM ezüst-ammónia koncentrációval és különböző glükóz-ezüst-ammónia mólarányokkal (1:1, 3:1, 5:1 és 9:1) előállítva. . kép. ). A kapott PP szál viszonylag sima. PVA fóliával való beágyazás után egyes szálak összeragadnak; Az ezüst nanorészecskék lerakódása miatt a szálak viszonylag érdessé válnak. Ahogy a redukálószer és a glükóz mólaránya növekszik, az Ag NP-k lerakódott rétege fokozatosan vastagszik, és ahogy a mólarány 5:1-re és 9:1-re nő, az Ag NP-k hajlamosak aggregátumokat képezni. A PP szál makroszkopikus és mikroszkopikus képei egyenletesebbé válnak, különösen akkor, ha a redukálószer és a glükóz mólaránya 5:1. Az 50 mM ezüst-ammónia koncentrációnál kapott megfelelő minták digitális fényképei az S1. ábrán láthatók.
Az Ag/PVA/PP szövet vízzel érintkezési szögének változása különböző PVA-koncentrációk mellett (a), az Ag/PVA/PP szövet pásztázó elektronmikroszkópos (SEM) képei 50 mM ezüst-ammónia koncentrációnál és a glükóz és az ezüst-ammónia különböző mólarányainál [(b))); (1) PP szál, (2) PVA/PP szál, (3) mólarány 1:1, (4) mólarány 3:1, (5) mólarány 5:1, (6) mólarány 9:1], az Ag/PVA/PP szövet röntgendiffrakciós mintázata (c) és pásztázó elektronmikroszkópos (SEM) képe (d) a következő ezüst-ammónia koncentrációknál: (1) 5 mM, (2) 10 mM, (3) 30 mM, (4) 50 mM, (5) 90 mM és (6) Ag/PP-30 mM. A reakcióhőmérséklet 60°C.
A 2c. ábrán a kapott Ag/PVA/PP szövet röntgendiffrakciós mintázatát láthatjuk. A 37-es PP szál diffrakciós csúcsa mellett négy diffrakciós csúcs található 2θ = ~ 37,8°, 44,2°, 64,1° és 77,3° szögekben, amelyek a köbös lapcentrált ezüst nanorészecskék (1 1 1), (2 0 0), (2 2 0) és kristálysíkjának (3 1 1) felelnek meg. Ahogy az ezüst-ammónia koncentrációja 5-ről 90 mM-ra növekszik, az Ag röntgendiffrakciós mintázatai élesebbé válnak, ami összhangban van a kristályosság ezt követő növekedésével. Scherrer-képlet szerint a 10 mM, 30 mM és 50 mM ezüst-ammóniával előállított Ag nanorészecskék szemcsemérete 21,3 nm, 23,3 nm és 26,5 nm volt. Ez azért van, mert az ezüst-ammónia koncentrációja a fémezüst képződéséhez vezető redukciós reakció hajtóereje. Az ezüst-ammónia koncentrációjának növekedésével az Ag NP-k nukleációjának és növekedésének sebessége növekszik. A 2d. ábra az Ag/PVA/PP szövetek pásztázó elektronmikroszkópos (SEM) képeit mutatja, amelyeket különböző Ag-ammónia koncentrációk mellett készítettek. 30 mM ezüst-ammónia koncentrációnál az Ag NP-k lerakódott rétege viszonylag homogén. Azonban, ha az ezüst-ammónia koncentrációja túl magas, az Ag NP lerakódási réteg egyenletessége csökkenni kezd, ami az Ag NP lerakódási rétegben fellépő erős agglomerációnak tudható be. Ezenkívül a felületen lévő ezüst nanorészecskéknek két alakjuk van: gömb alakú és pikkelyes. A gömb alakú részecskeméret körülbelül 20–80 nm, a lamelláris laterális méret pedig körülbelül 100–300 nm (S2. ábra). A módosítatlan PP szövet felületén az Ag nanorészecskék lerakódási rétege egyenetlen. Ezenkívül a hőmérséklet növelése elősegíti az Ag NP-k redukcióját (S3. ábra), de a túl magas reakcióhőmérséklet nem segíti elő az Ag NP-k szelektív kicsapódását.
A 3a. ábra vázlatosan ábrázolja az ezüst-ammónia koncentráció, a lerakódott ezüst mennyisége és az előállított Ag/PVA/PP szövet antibakteriális aktivitása közötti összefüggést. A 3b. ábra a minták antibakteriális mintázatait mutatja különböző ezüst-ammónia koncentrációk mellett, amelyek közvetlenül tükrözik a minták antibakteriális állapotát. Amikor az ezüst-ammónia koncentrációja 5 mM-ról 90 mM-ra nőtt, az ezüstkicsapódás mennyisége 13,67 g/kg-ról 481,81 g/kg-ra nőtt. Ezenkívül az ezüstlerakódás mennyiségének növekedésével az E. coli elleni antibakteriális aktivitás kezdetben növekszik, majd magas szinten marad. Konkrétan, amikor az ezüst-ammónia koncentrációja 30 mM, az ezüst lerakódási mennyisége a kapott Ag/PVA/PP szövetben 67,62 g/kg, az antibakteriális arány pedig 99,99%. Ezt a mintát reprezentatívnak választottuk a későbbi szerkezeti jellemzéshez.
(a) Összefüggés az antibakteriális aktivitás szintje és az alkalmazott Ag réteg mennyisége, valamint az ezüst-ammónia koncentrációja között; (b) Digitális kamerával készített baktériumtenyésztő lemezek fényképei, amelyeken üres minták és 5 mM, 10 mM, 30 mM, 50 mM és 90 mM ezüst-ammóniával előkészített minták láthatók. Az Ag/PVA/PP szövet antibakteriális aktivitása Escherichia coli ellen
A 4a. ábra a PP, PVA/PP, Ag/PP és Ag/PVA/PP FTIR/ATR spektrumát mutatja. A tiszta PP szál abszorpciós sávjai 2950 cm⁻¹-nél és 2916 cm⁻¹-nél a –CH3 és –CH2- csoportok aszimmetrikus nyújtási rezgésének, 2867 cm⁻¹-nél és 2837 cm⁻¹-nél pedig a –CH3 és –CH2 – csoportok szimmetrikus nyújtási rezgésének köszönhetők. Az 1375 cm⁻¹-nél és 1456 cm⁻¹-nél található abszorpciós sávok a –CH338,39 aszimmetrikus és szimmetrikus eltolódási rezgéseinek tulajdoníthatók. Az Ag/PP szál FTIR spektruma hasonló a PP száléhoz. A PP abszorpciós sávja mellett a PVA/PP és Ag/PVA/PP szövetek 3360 cm⁻¹-nél megjelenő új abszorpciós csúcsa az –OH csoport hidrogénkötésének nyúlásának tulajdonítható. Ez azt mutatja, hogy a PVA sikeresen felvihető a polipropilén szál felületére. Ezenkívül az Ag/PVA/PP szövet hidroxil abszorpciós csúcsa valamivel gyengébb, mint a PVA/PP szöveté, ami egyes hidroxilcsoportok ezüsttel való koordinációjának tudható be.
Tiszta PP, PVA/PP szövet és Ag/PVA/PP szövet FT-IR spektruma (a), TGA görbéje (b) és XPS mérési spektruma (c), valamint tiszta PP (d), PVA/PP PP szövet (e) C 1s spektruma és Ag/PVA/PP szövet Ag 3d csúcsa (f).
A 4c. ábrán a PP, PVA/PP és Ag/PVA/PP szövetek XPS spektruma látható. A tiszta polipropilén szál gyenge O 1s jele a felületen adszorbeált oxigénelemnek tulajdonítható; a 284,6 eV-nál mért C 1s csúcs a CH-nak és a CC-nek tulajdonítható (lásd a 4d. ábrát). A tiszta PP szálhoz képest a PVA/PP szövet (4e. ábra) nagy teljesítményt mutat 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) és 288,5 eV (H–C=O)38 értékeken. Ezenkívül a PVA/PP szövet O 1s spektruma két csúccsal közelíthető 532,3 eV-nál és 533,2 eV-nál41 (S4. ábra), ezek a C 1s csúcsok a C–OH és H–C=O (a PVA hidroxilcsoportjai és az aldehid-glükózcsoport) kötéseknek felelnek meg, ami összhangban van az FTIR adatokkal. Az Ag/PVA/PP nemszőtt szövet megtartja a C-OH (532,3 eV) és HC=O (533,2 eV) O 1s spektrumát (S5. ábra), amely 65,81% (atomszázalék) C-ből, 22,89% O-ból és 11,31% Ag-ból áll (S4. ábra). Különösen az Ag 3d5/2 és Ag 3d3/2 csúcsok 368,2 eV-nál és 374,2 eV-nál (4f. ábra) bizonyítják tovább, hogy az Ag NP-k adalékolt állapotban vannak a PVA/PP42 nemszőtt szövet felületén.
A tiszta PP, az Ag/PP szövet és az Ag/PVA/PP szövet TGA görbéi (4b. ábra) azt mutatják, hogy hasonló termikus bomlási folyamatokon mennek keresztül, és az Ag NP-k lerakódása a PP szálak PVA/PP szálak termikus bomlási hőmérsékletének enyhe növekedéséhez vezet (480 °C-ról (PP szálak) 495 °C-ra), valószínűleg egy Ag gát kialakulása miatt43. Ugyanakkor a tiszta PP, Ag/PP, Ag/PVA/PP, Ag/PVA/PP-W50 és Ag/PP-W50 minták maradék mennyisége 800 °C-on történő melegítés után 1,32%, 16,26% és 13,86% volt, míg a W50 utótag itt 50 mosási ciklusra utal. A tiszta PP fennmaradó része szennyeződéseknek, a fennmaradó minták többi része pedig Ag NP-knek tulajdonítható, és az ezüsttel töltött minták maradék mennyiségének különbsége a rájuk töltött ezüst nanorészecskék eltérő mennyiségének tudható be. Ezenkívül az Ag/PP szövet 50-szeri mosása után a maradék ezüsttartalom 94,65%-kal, az Ag/PVA/PP szövet maradék ezüsttartalma pedig körülbelül 31,74%-kal csökkent. Ez azt mutatja, hogy a PVA kapszulázó bevonat hatékonyan javíthatja az AgNP-k tapadását a PP mátrixhoz.
A viselési kényelem értékeléséhez megmérték az elkészített polipropilén szövet légáteresztő képességét és vízgőz-áteresztő képességét. Általánosságban elmondható, hogy a légáteresztő képesség összefügg a felhasználó hőérzetével, különösen forró és párás környezetben44. Amint az 5a. ábrán látható, a tiszta PP légáteresztő képessége 2050 mm/s, és a PVA módosítása után 856 mm/s-ra csökken. Ez azért van, mert a PP szál és a szőtt rész felületén képződő PVA film segít csökkenteni a szálak közötti réseket. Az Ag NP-k felvitele után a PP szövet légáteresztő képessége megnő a PVA bevonat fogyasztása miatt az Ag NP-k felvitelekor. Ezenkívül az Ag/PVA/PP szövetek légáteresztő képessége hajlamos csökkenni, ahogy az ezüst-ammónia koncentrációja 10-ről 50 mmol-ra nő. Ez annak a ténynek tudható be, hogy az ezüstlerakódás vastagsága az ezüst-ammónia koncentrációjának növekedésével nő, ami segít csökkenteni a pórusok számát és a vízgőz áthaladásának valószínűségét rajtuk.
(a) Különböző koncentrációjú ezüst-ammónia jelenlétében előállított Ag/PVA/PP szövetek légáteresztő képessége; (b) Különböző koncentrációjú ezüst-ammónia jelenlétében előállított Ag/PVA/PP szövetek vízgőz-áteresztő képessége; (c) Különböző módosítószerek Különböző koncentrációjú ezüst-ammónia jelenlétében előállított Ag/PVA/PP szövet szakítógörbéje; (d) Különböző koncentrációjú ezüst-ammónia jelenlétében előállított Ag/PVA/PP szövet szakítógörbéje (A 30 mM ezüst-ammónia koncentrációjú Ag/PVA/PP szövet is látható) (Hasonlítsa össze a PP szövetek szakítógörbéit 40 mosási ciklus után).
A vízgőzáteresztés sebessége egy másik fontos mutatója a szövet hőkomfortjának45. Kiderült, hogy a szövetek nedvességáteresztő képességét főként a légáteresztő képesség és a felületi tulajdonságok befolyásolják. Vagyis a légáteresztő képesség főként a pórusok számától függ; a felületi tulajdonságok a vízmolekulák adszorpció-diffúzió-deszorpcióján keresztül befolyásolják a hidrofil csoportok nedvességáteresztő képességét. Amint az 5b. ábrán látható, a tiszta PP szál nedvességáteresztő képessége 4810 g/(m2·24h). PVA bevonattal történő lezárás után a PP szálban lévő lyukak száma csökken, de a PVA/PP szövet nedvességáteresztő képessége 5070 g/(m2·24h)-ra nő, mivel nedvességáteresztő képességét főként a felületi tulajdonságok, nem pedig a pórusok határozzák meg. Az AgNP-k lerakódása után az Ag/PVA/PP szövet nedvességáteresztő képessége tovább nőtt. Különösen az Ag/PVA/PP szövet maximális nedvességáteresztő képessége 30 mM ezüst-ammónia koncentrációnál 10300 g/(m2·24h). Ugyanakkor az Ag/PVA/PP szövetek eltérő nedvességáteresztő képessége, amelyet különböző ezüst-ammónia koncentrációk mellett kaptak, összefüggésben lehet az ezüstlerakódási réteg vastagságának és pórusainak számának különbségeivel.
A szövetek mechanikai tulajdonságai erősen befolyásolják élettartamukat, különösen újrahasznosítható anyagként46. Az 5c. ábra az Ag/PVA/PP szövet szakítószilárdságát mutatja. A tiszta PP szakítószilárdsága mindössze 2,23 MPa, míg az 1 tömeg% PVA/PP szövet szakítószilárdsága jelentősen megnő, 4,56 MPa-ra, ami azt jelzi, hogy a PVA PP szövet beágyazása jelentősen javítja mechanikai tulajdonságait. A PVA/PP szövet szakítószilárdsága és szakadási nyúlása a PVA módosító koncentrációjának növekedésével növekszik, mivel a PVA film képes megszakítani a feszültséget és megerősíteni a PP szálat. Amikor azonban a módosító koncentrációja 1,5 tömeg%-ra nő, a ragadós PVA merevvé teszi a polipropilén szövetet, ami komolyan befolyásolja a viselési kényelmet.
A tiszta PP és PVA/PP szövetekhez képest az Ag/PVA/PP szövetek szakítószilárdsága és szakadási nyúlása tovább javul, mivel a PP szálak felületén egyenletesen eloszló Ag nanorészecskék képesek elosztani a terhelést47,48. Látható, hogy az Ag/PP szál szakítószilárdsága magasabb, mint a tiszta PP-é, elérve a 3,36 MPa-t (5d. ábra), ami megerősíti az Ag NP-k erős és erősítő hatását. Különösen a 30 mM-os (50 mM helyett) ezüst-ammónia koncentrációval előállított Ag/PVA/PP szövet mutat maximális szakítószilárdságot és szakadási nyúlást, ami továbbra is az Ag NP-k egyenletes lerakódásának, valamint az egyenletes lerakódásnak köszönhető. Az ezüst NP-k aggregációja magas ezüst-ammónia koncentráció mellett. Ezenkívül 40 mosási ciklus után a 30 mM ezüst-ammónia koncentrációval előállított Ag/PVA/PP szövet szakítószilárdsága és szakadási nyúlása 32,7%-kal, illetve 26,8%-kal csökkent (5d. ábra), ami összefüggésben lehet az ezt követően lerakódott ezüst nanorészecskék kismértékű elvesztésével.
A 6a. és 6b. ábra az Ag/PVA/PP és az Ag/PP szövet digitális fényképezőgéppel készített fényképeit mutatja 0, 10, 20, 30, 40 és 50 mosási ciklus után, 30 mM ezüst-ammónia koncentráció mellett. A sötétszürke Ag/PVA/PP szövet és az Ag/PP szövet fokozatosan világosszürkévé válik a mosás után; és az első színváltozása a mosás során nem tűnik olyan jelentősnek, mint a másodiké. Ezenkívül az Ag/PP szövethez képest az Ag/PVA/PP szövet ezüsttartalma viszonylag lassan csökkent a mosás után; 20 vagy több mosás után az előbbi magasabb ezüsttartalmat tartott fenn, mint az utóbbi (6c. ábra). Ez azt jelzi, hogy a PP szálak PVA bevonattal való kapszulázása jelentősen javíthatja az Ag NP-k tapadását a PP szálakhoz. A 6d. ábra az Ag/PVA/PP szövet és az Ag/PP szövet pásztázó elektronmikroszkópos (SEM) képeit mutatja 10, 40 és 50 mosási ciklus után. Az Ag/PVA/PP szövetek mosás során kevesebb Ag NP-veszteséget szenvednek el, mint az Ag/PP szövetek, ismét azért, mert a PVA-t kapszulázó bevonat javítja az Ag NP-k tapadását a PP szálakhoz.
(a) Digitális fényképezőgéppel készített fényképek (30 mM ezüst-ammónia koncentráció mellett) Ag/PP szövetről 0, 10, 20, 30, 40 és 50 mosási ciklus után (1-6); (b) Ag/PVA/PP szövetekről digitális fényképezőgéppel készített fényképek (30 mM ezüst-ammónia koncentráció mellett) 0, 10, 20, 30, 40 és 50 mosási ciklus után (1-6); (c) A két szövet ezüsttartalmának változása mosási ciklusok között; (d) Az Ag/PVA/PP szövet (1-3) és az Ag/PP szövet (4-6) pásztázó elektronmikroszkópos (SEM) képei 10, 40 és 50 mosási ciklus után.
A 7. ábra az Ag/PVA/PP szövetek E. coli elleni antibakteriális aktivitását és digitális fényképezőgéppel készített fényképeit mutatja 10, 20, 30 és 40 mosási ciklus után. 10 és 20 mosás után az Ag/PVA/PP szövetek antibakteriális teljesítménye 99,99% és 99,93% maradt, ami kiváló antibakteriális aktivitást mutat. Az Ag/PVA/PP szövet antibakteriális szintje 30 és 40 mosás után kismértékben csökkent, ami az AgNP-k hosszú távú mosás utáni elvesztésének tudható be. Az Ag/PP szövet antibakteriális aránya 40 mosás után azonban csak 80,16%. Nyilvánvaló, hogy az Ag/PP szövet antibakteriális hatása 40 mosási ciklus után sokkal kisebb, mint az Ag/PVA/PP szöveté.
(a) Az E. coli elleni antibakteriális aktivitás szintje. (b) Összehasonlításképpen az Ag/PVA/PP szövet digitális fényképezőgéppel készített fényképei is láthatók, miután az Ag/PP szövetet 30 mM ezüst-ammónia koncentrációban 10, 20, 30, 40 és 40 cikluson keresztül mosták.
A 8. ábra vázlatosan mutatja be a nagyméretű Ag/PVA/PP szövet gyártását kétlépcsős, tekercseléses eljárással. Ez azt jelenti, hogy a PVA/glükóz oldatot egy bizonyos ideig a tekercskeretben áztatták, majd kivették, és ugyanígy ezüst-ammónia oldattal impregnálták, így Ag/PVA/PP szövetet kaptak. (8a. ábra). A kapott Ag/PVA/PP szövet kiváló antibakteriális aktivitást tart fenn, még akkor is, ha 1 évig állni hagyták. Az Ag/PVA/PP szövetek nagyméretű előállításához a kapott PP nemszőtt textíliákat folyamatos tekercselési eljárással impregnálták, majd egymást követően PVA/glükóz oldaton és ezüst-ammónia oldaton vezették át, és két módszerrel dolgozták fel. Csatolt videók. Az impregnálási időt a henger sebességének beállításával, az adszorbeált oldat mennyiségét pedig a hengerek közötti távolság beállításával szabályozzák (8b. ábra), így kapva meg a célzott nagyméretű (50 cm × 80 cm) Ag/PVA/PP nemszőtt szövetet és egy gyűjtőhengert. Az egész folyamat egyszerű és hatékony, ami elősegíti a nagyüzemi termelést.
Nagyméretű céltermékek gyártásának vázlatos rajza (a) és az Ag/PVA/PP nemszőtt anyagok hengerlési folyamatának vázlatos rajza (b).
Az ezüsttartalmú PVA/PP nemszőtt anyagokat egyszerű in situ folyadékfázisú leválasztási technológiával állítják elő, tekercsről tekercsre eljárással kombinálva. A PP és PVA/PP szövettel összehasonlítva az előállított Ag/PVA/PP nemszőtt anyag mechanikai tulajdonságai jelentősen javulnak, mivel a PVA tömítőréteg jelentősen javíthatja az Ag NP-k tapadását a PP szálakhoz. Ezenkívül a PVA betöltési mennyisége és az ezüst NP-k tartalma az Ag/PVA/PP nemszőtt anyagban jól szabályozható a PVA/glükóz oldat és az ezüst-ammónia oldat koncentrációjának beállításával. Különösen a 30 mM ezüst-ammónia oldattal előállított Ag/PVA/PP nemszőtt anyag mutatta a legjobb mechanikai tulajdonságokat, és 40 mosási ciklus után is kiváló antibakteriális aktivitást tartott fenn az E. coli ellen, jó szennyeződésgátló potenciált mutatva. PP nemszőtt anyag. Más irodalmi adatokhoz képest az általunk egyszerűbb módszerekkel előállított szövetek jobban ellenállnak a mosásnak. Ezenkívül a kapott Ag/PVA/PP nemszőtt anyag ideális nedvességáteresztő képességgel és viselési kényelemmel rendelkezik, ami megkönnyítheti ipari alkalmazásokban való alkalmazását.
Mellékeljen minden, a tanulmány során szerzett vagy elemzett adatot (és azok alátámasztó információs fájljait).
Russell, SM et al. Bioszenzorok a COVID-19 citokinvihar leküzdésére: a jövő kihívásai. ACS Sens. 5, 1506–1513 (2020).
Zaeem S, Chong JH, Shankaranarayanan V és Harkey A. COVID-19 és a több szervet érintő válaszok. Aktuális. Kérdés. Szív. 45, 100618 (2020).
Zhang R és munkatársai. A 2019-es kínai koronavírusos esetek számának becsléseit stádium és endémiás régiók szerint korrigálták. Front. Medicine. 14, 199–209 (2020).
Gao J. et al. Rugalmas, szuperhidrofób és nagy vezetőképességű, nemszőtt polipropilén szövetből készült kompozit anyag elektromágneses interferencia elleni védelemre. Chemical. engineer. J. 364, 493–502 (2019).
Raihan M. és munkatársai. Multifunkcionális poliakrilnitril/ezüst nanokompozit filmek fejlesztése: antibakteriális aktivitás, katalitikus aktivitás, vezetőképesség, UV-védelem és aktív SERS-érzékelők. J. Matt. resource. technologies. 9, 9380–9394 (2020).
Dawadi S, Katuwal S, Gupta A, Lamichane U és Parajuli N. Jelenlegi kutatások az ezüst nanorészecskékkel kapcsolatban: szintézis, jellemzés és alkalmazások. J. Nanomaterials. 2021, 6687290 (2021).
Deng Da, Chen Zhi, Hu Yong, Ma Jian, Tong YDN. Egyszerű eljárás ezüst alapú vezetőképes tinta előállítására és frekvenciaszelektív felületekre történő felvitelére. Nanotechnology 31, 105705–105705 (2019).
Hao, Y. és munkatársai: A hiperelágazó polimerek lehetővé teszik az ezüst nanorészecskék stabilizátorként való alkalmazását flexibilis áramkörök tintasugaras nyomtatásához. R. Shuker. Chemical. 43, 2797–2803 (2019).
Keller P és Kawasaki HJML Ezüst nanorészecskék önrendeződéséből előállított vezetőképes levélér-hálózatok, rugalmas érzékelőkben való alkalmazási lehetőségekhez. Matt. Wright. 284, 128937.1-128937.4 (2020).
Li, J. és munkatársai. Ezüst nanorészecskékkel díszített szilícium-dioxid nanoszférák és tömbök, mint potenciális szubsztrátok a felületileg fokozott Raman-szóráshoz. ASU Omega 6, 32879–32887 (2021).
Liu, X. és munkatársai. Nagyméretű, rugalmas, felületerősített Raman-szórásos érzékelő (SERS) nagy jelstabilitással és egyenletességgel. ACS Application Matt. Interfaces 12, 45332–45341 (2020).
Sandeep, KG et al. Az ezüst nanorészecskékkel (Ag-FNR) díszített fullerén nanorudak hierarchikus heterostruktúrája hatékony, egyrészecskétől független SERS-szubsztrátként szolgál. physics. Chemical. Chemical. physics. 27, 18873–18878 (2018).
Emam, HE és Ahmed, HB Homometallikus és heterometallikus agar alapú nanostruktúrák összehasonlító vizsgálata festékkatalizált lebontás során. nemzetköziség. J. Biol. Large molecules. 138, 450–461 (2019).
Emam, HE, Mikhail, MM, El-Sherbiny, S., Nagy, KS és Ahmed, HB Fémfüggő nanokatalízis az aromás szennyező anyagok csökkentésére. Szerda. A tudomány. Szennyez. Erőforrás. Nemzetköziség. 27, 6459–6475 (2020).
Ahmed HB és Emam HE Háromszoros mag-héj (Ag-Au-Pd) nanostruktúrák, melyeket szobahőmérsékleten növesztettek magvakból a víz tisztításának lehetősége érdekében. Polymer. Test. 89, 106720 (2020).
Közzététel ideje: 2023. november 26.