Merci fir Äre Besuch op Nature.com. D'Versioun vum Browser, déi Dir benotzt, huet limitéiert CSS-Ënnerstëtzung. Fir déi bescht Resultater empfeele mir Iech eng méi nei Versioun vun Ärem Browser ze benotzen (oder de Kompatibilitéitsmodus am Internet Explorer auszeschalten). An der Zwëschenzäit, fir déi weider Ënnerstëtzung ze garantéieren, weisen mir d'Websäit ouni Styling oder JavaScript un.
Haut si funktionell Stoffer mat antibakterielle Eegeschafte méi populär. Wéi och ëmmer, bleift d'käschtegënschteg Produktioun vu funktionelle Stoffer mat haltbarer a konsequenter Leeschtung eng Erausfuerderung. Polyvinylalkohol (PVA) gouf benotzt fir Polypropylen (PP) Vliesstoff ze modifizéieren, an duerno goufen Sëlwer-Nanopartikelen (AgNPs) in situ ofgesat fir PVA-modifizéierten AgNPs-belaaschte PP (bezeechent AgNPs) /PVA/PP) Stoff ze produzéieren. D'Verkapselung vu PP-Faseren mat enger PVA-Beschichtung hëlleft d'Adhäsioun vu beliichten Ag NPs op PP-Faseren däitlech ze verbesseren, an Ag/PVA/PP Vliesstoffer weisen däitlech verbessert mechanesch Eegeschaften a Resistenz géint Escherichia coli (bezeechent E. coli). Am Allgemengen huet Ag/PVA/PP Vliesstoffer, déi mat enger Sëlwerammoniakkonzentratioun vun 30 mM produzéiert ginn, besser mechanesch Eegeschaften, an den antibakterielle Schutzquote géint E. coli erreecht 99,99%. De Stoff behält no 40 Wäsch ëmmer nach eng exzellent antibakteriell Aktivitéit a kann widderholl benotzt ginn. Zousätzlech huet Ag/PVA/PP Vliesstoff breet Uwendungsperspektiven an der Industrie wéinst senger gudder Loftduerchlässegkeet a Fiichtegkeetsduerchlässegkeet. Zousätzlech hu mir och eng Roll-to-Roll Technologie entwéckelt a virleefeg Exploratioune gemaach fir d'Machbarkeet vun dëser Method ze testen.
Mat der Verdéiwung vun der wirtschaftlecher Globaliséierung hunn grouss Bevëlkerungsbeweegungen d'Méiglechkeet vun enger Virusiwwerdroung däitlech erhéicht, wat gutt erkläert, firwat den neie Coronavirus sou eng staark Fäegkeet huet, sech weltwäit ze verbreeden a schwéier ze verhënneren ass1,2,3. An dësem Sënn gëtt et en dréngende Besoin fir nei antibakteriell Materialien, wéi Polypropylen (PP) Vliesstoffer, als medizinesch Schutzmaterialien z'entwéckelen. Polypropylen Vliesstoffer hunn d'Virdeeler vun enger gerénger Dicht, chemescher Inertitéit a niddrege Käschten4, awer hunn keng antibakteriell Fäegkeet, eng kuerz Liewensdauer an eng niddreg Schutzeffizienz. Dofir ass et vu grousser Wichtegkeet, PP Vliesstoffer antibakteriell Eegeschaften ze vermëttelen.
Als antikt antikt antibakteriellt Mëttel huet Sëlwer fënnef Entwécklungsstadien duerchgemaach: kolloidal Sëlwerléisung, Sëlwersulfadiazin, Sëlwersalz, Proteinsëlwer a Nanosëlwer. Sëlwernanopartikel ginn ëmmer méi a Beräicher wéi Medizin5,6, Konduktivitéit7,8,9, Uewerflächenverstäerkter Raman-Streuung10,11,12, katalytescher Ofbau vu Faarfstoffer13,14,15,16 etc. benotzt. Besonnesch Sëlwernanopartikelen (AgNPs) hunn Virdeeler géintiwwer traditionellen antimikrobiellen Agenten wéi Metallsalzer, quaternäre Ammoniumverbindungen an Triclosan wéinst hirer erfuerderlecher bakterieller Resistenz, Stabilitéit, niddrege Käschten an Ëmweltakzeptanz17,18,19. Zousätzlech kënne Sëlwernanopartikelen mat grousser spezifescher Uewerfläch an héijer antibakterieller Aktivitéit u Wollstoffer20, Kottengstoffer21,22, Polyesterstoffer an aner Stoffer befestegt ginn, fir eng kontrolléiert, nohalteg Fräisetzung vun antibakterielle Sëlwerpartikelen23,24 z'erreechen. Dëst bedeit, datt et duerch d'Verkapselung vun AgNPs méiglech ass, PP-Stoffer mat antibakterieller Aktivitéit ze kreéieren. PP-Vliesstoffer feelen awer funktionell Gruppen a si hunn eng niddreg Polaritéit, wat net fir d'Verkapselung vun AgNPs gëeegent ass. Fir dësen Nodeel ze iwwerwannen, hunn e puer Fuerscher probéiert, Ag-Nanopartikelen op d'Uewerfläch vu PP-Stoffer ofzesetzen andeems se verschidde Modifikatiounsmethoden benotzt hunn, dorënner Plasmasprëtzen26,27, Stralungstransplantatioun28,29,30,31 a Uewerflächenbeschichtung32. Zum Beispill hunn de Goli et al. [33] eng Proteinbeschichtung op der Uewerfläch vu PP-Vliesstoffer agefouert, wou d'Aminosaieren um Rand vun der Proteinschicht als Ankerpunkte fir d'Bindung vun AgNPs déngen, wouduerch gutt antibakteriell Eegeschafte erreecht ginn. Li a Mataarbechter34 hunn festgestallt, datt N-Isopropylacrylamid an N-(3-Aminopropyl)methacrylamidhydrochlorid, déi duerch ultraviolett (UV) Ätzung zesummegepfropft goufen, eng staark antimikrobiell Aktivitéit weisen, obwuel den UV-Ätzeprozess komplex ass a kann d'mechanesch Eegeschafte vu Faseren verschlechteren. Den Oliani et al. hunn Ag NPs-PP-Gelfilmer mat exzellenter antibakterieller Aktivitéit virbereet andeems se reng PP mat Gammastralung virbehandelt hunn; hir Method war awer och komplex. Dofir bleift et eng Erausfuerderung, recycléierbar Polypropylen-Vliese mat der gewënschter antimikrobieller Aktivitéit effizient an einfach ze produzéieren.
An dëser Studie gëtt Polyvinylalkohol, en ëmweltfrëndlecht a bëllegt Membranmaterial mat gudder Filmbildungsfäegkeet, héijer Hydrophilizitéit an exzellenter physikalescher a chemescher Stabilitéit, benotzt fir Polypropylen-Stoffer ze modifizéieren. Glukos gëtt als Reduktiounsmëttel benotzt36. Eng Erhéijung vun der Uewerflächenenergie vum modifizéierte PP fërdert d'selektiv Oflagerung vun AgNPs. Am Verglach mat purem PP-Stoff huet de preparéierten Ag/PVA/PP-Stoff eng gutt Recycléierbarkeet, exzellent antibakteriell Aktivitéit géint E. coli, gutt mechanesch Eegeschafte souguer no 40 Wäschzyklen, an eng bedeitend Atmungsaktivitéit, Sex- a Fiichtegkeetspermeabilitéit gewisen.
De PP-Vliesstoff mat enger spezifescher Dicht vun 25 g/m2 an enger Déckt vun 0,18 mm gouf vun der Jiyuan Kang'an Sanitary Materials Co., Ltd. (Jiyuan, China) geliwwert a a Blieder vun 5×5 cm2 geschnidden. Sëlwernitrat (99,8%; AR) gouf vun der Xilong Scientific Co., Ltd. (Shantou, China) kaaft. Glukos gouf vun der Fuzhou Neptune Fuyao Pharmaceutical Co., Ltd. (Fuzhou, China) kaaft. Polyvinylalkohol (Reagens vun industrieller Qualitéit) gouf vun der Tianjin Sitong Chemical Factory (Tianjin, China) kaaft. Deioniséiert Waasser gouf als Léisungsmëttel oder Spullmëttel benotzt a gouf an eisem Laboratoire virbereet. Nährstoffagar a Bouillon goufen vun der Beijing Aoboxing Biotechnology Co., Ltd. (Peking, China) kaaft. Den E. coli-Stamm (ATCC 25922) gouf vun der Zhangzhou Bochuang Company (Zhangzhou, China) kaaft.
Dat resultéierend PP-Gewebe gouf 15 Minutte laang mat Ultraschall an Ethanol gewäsch. Dat resultéierend PVA gouf Waasser bäigefüügt an 2 Stonnen op 95°C erhëtzt, fir eng wässereg Léisung ze kréien. Duerno gouf Glukos an 10 ml PVA-Léisung mat engem Massefraktioun vun 0,1%, 0,5%, 1,0% an 1,5% opgeléist. De gereinegten Polypropylen-Vliesstoff gouf an eng PVA/Glukos-Léisung agetaucht an 1 Stonn op 60°C erhëtzt. Nodeems d'Erhëtzung ofgeschloss war, gëtt de PP-imprägnéierte Vliesstoff aus der PVA/Glukos-Léisung erausgeholl an 0,5 Stonnen bei 60°C gedréchent, fir e PVA-Film op der Uewerfläch vum Netz ze bilden, wouduerch en PVA/PP-Komposittextil entstanen ass.
Sëlwernitrat gëtt an 10 ml Waasser ënner stännegem Réieren bei Raumtemperatur opgeléist an Ammoniak gëtt tropfenweis derbäigesat, bis d'Léisung vu kloer op brong an dann erëm kloer ännert, fir eng Sëlwerammoniakléisung (5–90 mM) ze kréien. Leet de PVA/PP-Vliesstoff an d'Sëlwerammoniakléisung an erhëtzt en 1 Stonn bei 60 °C, fir Ag-Nanopartikelen in situ op der Uewerfläch vum Stoff ze bilden, spült en dann dräimol mat Waasser of a dréchent en 0,5 Stonnen bei 60 °C, fir eng Ag/PVA/PP-Kompositstoff ze kréien.
No virleefegen Experimenter hu mir am Laboratoire Roll-to-Roll-Ausrüstung fir eng grouss Produktioun vu Kompositstoffer gebaut. D'Roller si aus PTFE gemaach, fir negativ Reaktiounen a Kontaminatioun ze vermeiden. Wärend dësem Prozess kënnen d'Imprägnatiounszäit an d'Quantitéit vun der adsorbéierter Léisung kontrolléiert ginn, andeems d'Geschwindegkeet vun de Rollen an den Ofstand tëscht de Rollen ugepasst ginn, fir de gewënschten Ag/PVA/PP-Kompositstoff ze kréien.
D'Morphologie vun der Gewiefuewerfläch gouf mat engem VEGA3-Rasterelektronemikroskop (SEM; Japan Electronics, Japan) bei enger Beschleunigungsspannung vu 5 kV ënnersicht. D'Kristallstruktur vu Sëlwer-Nanopartikelen gouf duerch Röntgendiffraktioun (XRD; Bruker, D8 Advanced, Däitschland; Cu-Kα-Stralung, λ = 0,15418 nm; Spannung: 40 kV, Stroum: 40 mA) am Beräich vun 10–80°. 2θ analyséiert. E Fourier-Transformatiouns-Infraroutspektrometer (ATR-FTIR; Nicolet 170sx, Thermo Fisher Scientific Incorporation) gouf benotzt fir déi chemesch Charakteristike vun Uewerflächenmodifizéiertem Polypropylenstoff z'analyséieren. Den PVA-Modifikatorgehalt vun Ag/PVA/PP-Kompositstoffer gouf duerch thermogravimetrisch Analyse (TGA; Mettler Toledo, Schwäiz) ënner engem Stéckstoffstroum gemooss. Induktiv gekoppelt Plasmamassenspektrometrie (ICP-MS, ELAN DRC II, Perkin-Elmer (Hong Kong) Co., Ltd.) gouf benotzt fir de Sëlwergehalt vun Ag/PVA/PP-Kompositstoffer ze bestëmmen.
D'Loftduerchlässegkeet an d'Waasserdampfduerchlässegkeet vum Ag/PVA/PP-Kompositstoff (Spezifikatioun: 78 × 50 cm2) goufen vun enger Drëttubidder-Testorganisatioun (Tianfangbiao Standardization Certification and Testing Co., Ltd.) am Aklang mat GB/T. 5453-1997 a GB/T 12704.2-2009 gemooss. Fir all Prouf ginn zéng verschidde Punkten fir d'Tester ausgewielt, an d'Donnéeën, déi vun der Organisatioun geliwwert ginn, sinn den Duerchschnëtt vun den zéng Punkten.
Déi antibakteriell Aktivitéit vum Ag/PVA/PP-Kompositstoff gouf am Joer 2008 no de chinesesche Normen GB/T 20944.1-2007 a GB/T 20944.3- mat Hëllef vun der Agarplackendiffusiounsmethod (qualitativ Analyse) a Schüttelkolbenmethod (quantitativ Analyse) gemooss. Déi antibakteriell Aktivitéit vum Ag/PVA/PP-Kompositstoff géint Escherichia coli gouf bei verschiddene Wäschzäiten bestëmmt. Fir d'Agarplackendiffusiounsmethod gëtt den Test-Ag/PVA/PP-Kompositstoff mat engem Stempel an eng Scheif (Duerchmiesser: 8 mm) gestanzt an un eng Agar-Petrischossel befestegt, déi mat Escherichia coli (ATCC 25922) geimpft ass. ; 3,4 × 108 CFU ml-1) an duerno bei 37°C an 56% relativer Loftfiichtegkeet fir ongeféier 24 Stonnen inkubéiert. D'Inhibitiounszon gouf vertikal vun der Mëtt vun der Scheif bis zum banneschten Ëmfang vun den ëmleiende Kolonien analyséiert. Mat der Schüttelkolbenmethod gouf eng 2 × 2 cm2 grouss flaach Plack aus dem getesteten Ag/PVA/PP-Kompositstoff preparéiert an an enger Bouillonëmfeld bei 121 °C an 0,1 MPa fir 30 Minutten autoklavéiert. Nom Autoklaven gouf d'Prouf an en 5-mL Erlenmeyerkolben mat 70 mL Bouillonkulturléisung (Suspensionskonzentratioun 1 × 105–4 × 105 CFU/mL) getippt an duerno bei enger oszilléierender Temperatur vun 150 °C. rpm an 25 °C fir 18 Stonnen inkubéiert. Nom Schüttelen eng gewëssen Quantitéit vun der Bakteriensuspension sammelen a se zéngfach verdënnen. Déi erfuerderlech Quantitéit vun der verdënnter Bakteriensuspension sammelen, op Agarmedium verdeelen a bei 37 °C an 56% relativer Loftfiichtegkeet fir 24 Stonnen kultivéieren. D'Formel fir d'Berechnung vun der antibakterieller Effizienz ass: \(\frac{\mathrm{C}-\mathrm{A}}{\mathrm{C}}\cdot 100\%\), wou C an A d'Zuel vun de Kolonien no 24 Stonnen sinn. Kultivéiert an der Kontrollgrupp an an Ag/PVA/PP Kompositgewebe.
D'Haltbarkeet vun Ag/PVA/PP-Kompositstoffer gouf duerch Wäschen no ISO 105-C10:2006.1A evaluéiert. Beim Wäschen gëtt den Ag/PVA/PP-Kompositstoff (30x40mm2) an eng wässereg Léisung mat kommerziellem Wäschmëttel (5,0g/L) ënnergetaucht a mat 40±2 U/min an 40±5 U/min bei héijer Geschwindegkeet gewäsch. °C 10, 20, 30, 40 an 50 Zyklen. Nom Wäschen gëtt de Stoff dräimol mat Waasser gespullt an 30 Minutte bei enger Temperatur vu 50-60°C gedréchent. D'Ännerung vum Sëlwergehalt nom Wäschen gouf gemooss fir de Grad vun der antibakterieller Aktivitéit ze bestëmmen.
Figur 1 weist d'schematesch Grafik vun der Fabrikatioun vun engem Ag/PVA/PP-Kompositstoff. Dat heescht, PP-Vlies gëtt an eng gemëschte Léisung vu PVA a Glukos getippt. Dat PP-imprägnéiert Vlies gëtt gedréchent fir de Modifikator an d'Reduktiounsmëttel ze fixéieren, fir eng Dichtschicht ze bilden. Dat gedréchent Polypropylen-Vlies gëtt an eng Sëlwerammoniakléisung getippt, fir d'Sëlwernanopartikel in situ ofzesetzen. D'Konzentratioun vum Modifikator, de molare Verhältnis vu Glukos zu Sëlwerammoniak, d'Konzentratioun vu Sëlwerammoniak an d'Reaktiounstemperatur beaflossen d'Ausfällung vun Ag-Nanopartikelen. Dës sinn wichteg Faktoren. Figur 2a weist d'Ofhängegkeet vum Waasserkontaktwénkel vum Ag/PVA/PP-Stoff vun der Modifikatorkonzentratioun. Wann d'Modifikatorkonzentratioun vun 0,5 Gew.-% op 1,0 Gew.-% eropgeet, hëlt de Kontaktwénkel vum Ag/PVA/PP-Stoff däitlech of; wann d'Modifikatorkonzentratioun vun 1,0 Gew.-% op 2,0 Gew.-% eropgeet, ännert sech dës praktesch net. Figur 2b weist SEM-Biller vu rengen PP-Faseren an Ag/PVA/PP-Stoffer, déi mat enger Konzentratioun vu 50 mM Sëlwerpammoniak a verschiddene molare Verhältnisser vu Glukos zu Sëlwerpammoniak (1:1, 3:1, 5:1 an 9:1) preparéiert goufen. . Bild. ). Déi resultéierend PP-Faser ass relativ glat. Nom Verkapselen mat PVA-Film sinn e puer Faseren zesummegepecht; Wéinst der Oflagerung vu Sëlwer-Nanopartikelen ginn d'Faseren relativ rau. Wann de molare Verhältnis vum Reduktiounsmëttel zu Glukos eropgeet, gëtt déi ofgelagert Schicht vun Ag-Nanopartikelen no an no méi déck, a wann de molare Verhältnis op 5:1 an 9:1 eropgeet, tendéieren Ag-Nanopartikelen dozou, Aggregaten ze bilden. Makroskopesch a mikroskopesch Biller vu PP-Faser ginn méi eenheetlech, besonnesch wann de molare Verhältnis vum Reduktiounsmëttel zu Glukos 5:1 ass. Digital Fotoe vun den entspriechende Proben, déi mat 50 mM Sëlwerpammoniak kritt goufen, sinn an der Figur S1 gewisen.
Ännerungen am Waasserkontaktwénkel vum Ag/PVA/PP Stoff bei verschiddene PVA-Konzentratiounen (a), SEM-Biller vum Ag/PVA/PP Stoff, déi bei enger Sëlwerammoniakkonzentratioun vu 50 mM a verschiddene molare Verhältnisser vu Glukos a Sëlwerammoniak kritt goufen [(b))); (1) PP-Faser, (2) PVA/PP-Faser, (3) molare Verhältnis 1:1, (4) molare Verhältnis 3:1, (5) molare Verhältnis 5:1, (6) molare Verhältnis 9:1], Röntgendiffraktiounsmuster (c) a SEM-Bild (d) vum Ag/PVA/PP Stoff, dat bei Sëlwerammoniakkonzentratioune kritt gouf: (1) 5 mM, (2) 10 mM, (3) 30 mM, (4) 50 mM, (5) 90 mM an (6) Ag/PP-30 mM. D'Reaktiounstemperatur ass 60°C.
An der Fig. 2c weist d'Röntgendiffraktiounsmuster vum resultéierende Ag/PVA/PP-Stoff. Zousätzlech zum Diffraktiounspeak vun der PP-Faser 37 entspriechen véier Diffraktiounspeaken bei 2θ = ∼ 37,8°, 44,2°, 64,1° an 77,3° der (1 1 1), (2 0 0), (2 2 0) Kristallfläch (3 1 1) vu kubesche flaachzentréierte Sëlwer-Nanopartikelen. Wann d'Sëlwerammoniakkonzentratioun vu 5 op 90 mM eropgeet, ginn d'XRD-Mustere vum Ag méi schaarf, wat mat enger spéiderer Erhéijung vun der Kristallinitéit iwwereneestëmmt. No der Formel vum Scherrer goufen d'Käregréissten vun den Ag-Nanopartikelen, déi mat 10 mM, 30 mM a 50 mM Sëlwerammoniak preparéiert goufen, op 21,3 nm, 23,3 nm respektiv 26,5 nm berechent. Dëst läit dorun, datt d'Sëlwerammoniakkonzentratioun déi treibend Kraaft hannert der Reduktiounsreaktioun ass, fir metallescht Sëlwer ze bilden. Mat der zouhuelender Konzentratioun vu Sëlwerammoniak klëmmt d'Zuel vun der Keimbildung an dem Wuesstum vun Ag NPs. Figur 2d weist d'SEM-Biller vun Ag/PVA/PP-Stoffer, déi bei verschiddene Konzentratioune vun Ag-Ammoniak kritt goufen. Bei enger Sëlwerammoniakkonzentratioun vun 30 mM ass déi ofgesate Schicht vun Ag NPs relativ homogen. Wann d'Sëlwerammoniakkonzentratioun awer ze héich ass, tendéiert d'Uniformitéit vun der Ag NP-Oflagerungsschicht ofzehuelen, wat op eng staark Agglomeratioun an der Ag NP-Oflagerungsschicht zréckzeféiere kéint. Zousätzlech hunn d'Sëlwer-Nanopartikelen op der Uewerfläch zwou Formen: sphäresch a schuppeg. Déi sphäresch Partikelgréisst ass ongeféier 20–80 nm, an déi lamellar lateral Gréisst ass ongeféier 100–300 nm (Figur S2). D'Oflagerungsschicht vun Ag-Nanopartikelen op der Uewerfläch vun engem onmodifizéierte PP-Stoff ass ongläichméisseg. Zousätzlech fördert d'Erhéijung vun der Temperatur d'Reduktioun vun Ag NPs (Fig. S3), awer eng ze héich Reaktiounstemperatur fördert net déi selektiv Nidderschlag vun Ag NPs.
Figur 3a weist schematesch d'Bezéiung tëscht der Sëlwerammoniakkonzentratioun, der Quantitéit vum ofgesate Sëlwer an der antibakterieller Aktivitéit vum preparéierten Ag/PVA/PP Stoff. Figur 3b weist déi antibakteriell Mustere vun de Prouwe bei verschiddene Konzentratioune vu Sëlwerammoniak, déi direkt den antibakterielle Status vun de Prouwe reflektéiere kënnen. Wéi d'Sëlwerammoniakkonzentratioun vu 5 mM op 90 mM eropgaang ass, ass d'Quantitéit vum Sëlwernidderschlag vun 13,67 g/kg op 481,81 g/kg eropgaang. Zousätzlech, mat der Quantitéit vun der Sëlweroflagerung eropgeet, klëmmt d'antibakteriell Aktivitéit géint E. coli ufanks a bleift dann op engem héijen Niveau. Méi genee, wann d'Sëlwerammoniakkonzentratioun 30 mM ass, ass d'Oflagerungsquantitéit vu Sëlwer am resultéierende Ag/PVA/PP Stoff 67,62 g/kg, an d'antibakteriell Rate ass 99,99%. Wielt dës Prouf als Representativ fir déi spéider strukturell Charakteriséierung.
(a) Zesummenhang tëscht dem Niveau vun der antibakterieller Aktivitéit an der Quantitéit vun der ugewandter Ag-Schicht an der Konzentratioun vu Sëlwerammoniak; (b) Fotoe vu bakteriellen Kulturplacken, déi mat enger Digitalkamera opgeholl goufen, déi Blankprouwen a Prouwen weisen, déi mat 5 mM, 10 mM, 30 mM, 50 mM an 90 mM Sëlwerammoniak preparéiert goufen. Antibakteriell Aktivitéit vun Ag/PVA/PP-Stoff géint Escherichia coli
Figur 4a weist d'FTIR/ATR-Spektre vu PP, PVA/PP, Ag/PP an Ag/PVA/PP. D'Absorptiounsbänner vu purer PP-Faser bei 2950 cm-1 an 2916 cm-1 sinn op déi asymmetresch Streckschwingung vun den –CH3- an –CH2- Gruppen zeréckzeféieren, a bei 2867 cm-1 an 2837 cm-1 sinn se op déi symmetresch Streckschwingung vun den –CH3- an –CH2- Gruppen –, –CH3 an –CH2– zeréckzeféieren. D'Absorptiounsbänner bei 1375 cm-1 an 1456 cm-1 ginn op asymmetresch a symmetresch Verschiebungsschwingungen vun –CH338.39 zréckgefouert. Den FTIR-Spektrum vun der Ag/PP-Faser ass ähnlech wéi dee vun der PP-Faser. Zousätzlech zum Absorptiounsband vu PP gëtt den neien Absorptiounspeak bei 3360 cm-1 vu PVA/PP- an Ag/PVA/PP-Stoffer op d'Streckung vun der Waasserstoffbréck vun der –OH-Grupp zréckgefouert. Dëst weist datt PVA erfollegräich op d'Uewerfläch vu Polypropylenfaser applizéiert ka ginn. Zousätzlech ass den Hydroxyl-Absorptiounspeak vum Ag/PVA/PP Stoff liicht méi schwaach wéi dee vum PVA/PP Stoff, wat op d'Koordinatioun vu verschiddenen Hydroxylgruppen mat Sëlwer zréckzeféiere kéint.
FT-IR-Spektrum (a), TGA-Kurve (b) an XPS-Miessspektrum (c) vu purem PP, PVA/PP-Stoff an Ag/PVA/PP-Stoff, a C1s-Spektrum vu purem PP (d), PVA/PP PP-Stoff (e) an Ag-3D-Peak (f) vu Ag/PVA/PP-Stoff.
An der Fig. 4c weist d'XPS-Spektre vu PP-, PVA/PP- an Ag/PVA/PP-Stoffer. Dat schwaacht O1s-Signal vu renger Polypropylenfaser kann dem Sauerstoffelement zougeschriwwe ginn, dat op der Uewerfläch adsorbéiert ass; de C1s-Peak bei 284,6 eV gëtt op CH4 a CC zougeschriwwe (kuckt Figur 4d). Am Verglach mat renger PP-Faser weist de PVA/PP-Stoff (Fig. 4e) eng héich Leeschtung bei 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) an 288,5 eV (H–C=O)38. Zousätzlech kann den O1s-Spektrum vum PVA/PP-Stoff duerch zwou Spëtzen bei 532,3 eV an 533,2 eV41 approximéiert ginn (Fig. S4), dës C1s-Spëtzen entspriechen C–OH an H–C=O (Hydroxylgruppen vum PVA an Aldehyd-Glukosgrupp), wat mat den FTIR-Donnéeën iwwereneestëmmt. Den Ag/PVA/PP-Vliesstoff behält den O1s-Spektrum vu C-OH (532,3 eV) an HC=O (533,2 eV) (Figur S5), deen aus 65,81% (Atomprozent) C, 22,89% O an 11,31% Ag besteet (Fig. S4). Besonnesch d'Spëtzen vun Ag3d5/2 an Ag3d3/2 bei 368,2 eV an 374,2 eV (Fig. 4f) beweisen weider, datt Ag-NPs op der Uewerfläch vum PVA/PP42-Vliesstoff dotiert sinn.
D'TGA-Kurven (Fig. 4b) vu purem PP, Ag/PP-Stoff an Ag/PVA/PP-Stoff weisen datt si ähnlech thermesch Zersetzungsprozesser duerchlafen, an d'Oflagerung vun Ag-NPs féiert zu enger liichter Erhéijung vun der thermescher Zersetzungstemperatur vu PP-Faseren (PVA/PP-Faseren) (vu 480 °C (PP-Faseren) bis 495 °C), méiglecherweis wéinst der Bildung vun enger Ag-Barrière43. Gläichzäiteg waren d'Reschtmengen vu pure Prouwe vu PP, Ag/PP, Ag/PVA/PP, Ag/PVA/PP-W50 an Ag/PP-W50 no der Erhëtzung bei 800 °C 1,32 %, 16,26 % an 13,86 % respektiv 9,88 % an 2,12 % (de Suffix W50 bezitt sech hei op 50 Wäschzyklen). De Rescht vu purem PP gëtt op Ongereinheeten zréckgefouert, an de Rescht vun de verbleiwene Prouwe op Ag NPs, an den Ënnerscheed an der Reschtquantitéit vu Prouwe mat Sëlwer sollt op déi ënnerschiddlech Quantitéite vu Sëlwer-Nanopartikelen zréckzeféieren sinn, déi drop gelueden sinn. Zousätzlech gouf de Reschtsëlwergehalt nom 50-mol Wäsche vum Ag/PP-Stoff ëm 94,65% an de Reschtsëlwergehalt vum Ag/PVA/PP-Stoff ëm ongeféier 31,74% reduzéiert. Dëst weist, datt eng PVA-Verkapslingsbeschichtung d'Adhäsioun vun AgNPs un d'PP-Matrix effektiv verbessere kann.
Fir de Tragekomfort ze evaluéieren, goufen d'Loftduerchlässegkeet an d'Waasserdampfduerchlässegkeet vum virbereete Polypropylen-Stoff gemooss. Allgemeng gesinn hänkt d'Atmungsaktivitéit mam thermesche Komfort vum Benotzer zesummen, besonnesch a waarmen a fiichte Ëmfeld44. Wéi an der Figur 5a gewisen, ass d'Loftduerchlässegkeet vu purem PP 2050 mm/s, an no der Modifikatioun vu PVA fällt se op 856 mm/s. Dëst ass well de PVA-Film, deen op der Uewerfläch vun der PP-Faser an dem gewieften Deel geformt gëtt, hëlleft d'Lücken tëscht de Faseren ze reduzéieren. No der Uwendung vun Ag NPs klëmmt d'Loftduerchlässegkeet vum PP-Stoff wéinst dem Verbrauch vu PVA-Beschichtung beim Uwendung vun Ag NPs. Zousätzlech tendéiert d'Atmungsaktivitéit vun Ag/PVA/PP-Stoffer ofzehuelen, wann d'Sëlwerammoniakkonzentratioun vun 10 op 50 mmol eropgeet. Dëst kéint doduerch bedingt sinn, datt d'Déckt vun der Sëlweroflagerung mat der zouhuelender Sëlwerammoniakkonzentratioun eropgeet, wat hëlleft d'Zuel vun de Poren an d'Wahrscheinlechkeet vum Waasserdamp duerch si ze reduzéieren.
(a) Loftduerchlässegkeet vun Ag/PVA/PP-Stoffer, déi mat verschiddene Konzentratioune vu Sëlwerpammoniak hiergestallt goufen; (b) Waasserdampfduerchlässegkeet vun Ag/PVA/PP-Stoffer, déi mat verschiddene Konzentratioune vu Sëlwerpammoniak hiergestallt goufen; (c) Verschidde Modifikatoren Zuchkurve vun Ag-Stoff/PVA/PP, déi bei verschiddene Konzentratioune vu Sëlwerpammoniak kritt goufen; (d) Zuchkurve vun Ag/PVA/PP-Stoff, deen bei verschiddene Konzentratioune vu Sëlwerpammoniak kritt gouf (Ag/PVA/PP-Stoff, deen bei enger Sëlwerpammoniakkonzentratioun vun 30 mM kritt gouf, gëtt och gewisen) (Vergläicht d'Zuchkurve vu PP-Stoffer no 40 Wäschzyklen).
D'Transmissiounsquote vum Waasserdamp ass en anere wichtegen Indikator fir den thermesche Komfort vun engem Stoff45. Et stellt sech eraus, datt d'Fiichtegkeetspermeabilitéit vu Stoffer haaptsächlech vun der Atmungsaktivitéit an den Uewerflächeneegeschafte beaflosst gëtt. Dat heescht, d'Loftpermeabilitéit hänkt haaptsächlech vun der Unzuel vun de Poren of; d'Uewerflächeneegeschafte beaflossen d'Fiichtegkeetspermeabilitéit vun hydrophile Gruppen duerch Adsorptioun-Diffusioun-Desorptioun vu Waassermolekülen. Wéi an der Figur 5b gewisen, ass d'Fiichtegkeetspermeabilitéit vu purer PP-Faser 4810 g/(m2·24h). Nom Versiegelen mat PVA-Beschichtung hëlt d'Zuel vun de Lächer an der PP-Faser of, awer d'Fiichtegkeetspermeabilitéit vum PVA/PP-Stoff klëmmt op 5070 g/(m2·24h), well seng Fiichtegkeetspermeabilitéit haaptsächlech vun den Uewerflächeneegeschafte bestëmmt gëtt, net vun de Poren. Nom Oflageren vun AgNPs gouf d'Fiichtegkeetspermeabilitéit vum Ag/PVA/PP-Stoff weider erhéicht. Besonnesch ass déi maximal Fiichtegkeetspermeabilitéit vum Ag/PVA/PP-Stoff, déi bei enger Sëlwerammoniakkonzentratioun vun 30 mM kritt gëtt, 10300 g/(m2·24h). Gläichzäiteg kënnen déi ënnerschiddlech Fiichtegkeetspermeabilitéit vun Ag/PVA/PP-Stoffer, déi bei verschiddene Konzentratioune vu Sëlwerpammoniak kritt ginn, mat Ënnerscheeder an der Déckt vun der Sëlwerplackéierungsschicht an der Zuel vun hire Poren zesummenhänken.
Déi mechanesch Eegeschafte vu Stoffer beaflossen hir Liewensdauer staark, besonnesch als recycléierbar Materialien46. Figur 5c weist d'Zuchspannungskurve vum Ag/PVA/PP-Stoff. D'Zuchfestigkeit vu purem PP ass nëmmen 2,23 MPa, während d'Zuchfestigkeit vun 1 Gew.-% PVA/PP-Stoff däitlech op 4,56 MPa eropgaangen ass, wat drop hiweist, datt d'Verkapselung vum PVA/PP-Stoff hëlleft, seng mechanesch Eegeschafte wesentlech ze verbesseren. D'Zuchfestigkeit an d'Brochdehnung vum PVA/PP-Stoff huelen mat der zouhuelender Konzentratioun vum PVA-Modifikator zou, well de PVA-Film d'Spannung opbriechen an d'PP-Faser verstäerke kann. Wann d'Modifikatorkonzentratioun awer op 1,5 Gew.-% eropgeet, mécht klebrige PVA de Polypropylen-Stoff steif, wat de Tragekomfort eescht beaflosst.
Am Verglach mat rengem PP- a PVA/PP-Stoffer sinn d'Zuchfestigkeit an d'Bruchsdehnung vun Ag/PVA/PP-Stoffer weider verbessert, well Ag-Nanopartikel, déi gläichméisseg op der Uewerfläch vun de PP-Faseren verdeelt sinn, d'Laascht verdeele kënnen47,48. Et ass ze gesinn, datt d'Zuchfestigkeit vun Ag/PP-Faser méi héich ass wéi déi vu renger PP, a erreecht 3,36 MPa (Fig. 5d), wat de staarken a stäerkenden Effekt vun Ag-NPs bestätegt. Besonnesch den Ag/PVA/PP-Stoff, deen mat enger Sëlwerammoniakkonzentratioun vun 30 mM (amplaz vun 50 mM) produzéiert gëtt, weist eng maximal Zuchfestigkeit an Brochdehnung op, wat ëmmer nach op déi gläichméisseg Oflagerung vun Ag-NPs souwéi op déi gläichméisseg Oflagerung zeréckzeféieren ass. Aggregatioun vu Sëlwer-NPs ënner Bedingungen mat héijer Konzentratioun vu Sëlwerammoniak. Zousätzlech sinn no 40 Wäschzyklen d'Zuchfestigkeit an d'Bruchsdehnung vum Ag/PVA/PP-Stoff, deen mat enger Sëlwerammoniakkonzentratioun vun 30 mM virbereet gouf, ëm 32,7% respektiv 26,8% erofgaang (Fig. 5d), wat mat engem klenge Verloscht vu Sëlwer-Nanopartikelen, déi duerno ofgesat goufen, verbonnen ass.
D'Figuren 6a an b weisen Digitalkamerafotoe vun Ag/PVA/PP-Stoff an Ag/PP-Stoff no Wäschung fir 0, 10, 20, 30, 40 an 50 Zyklen bei enger Sëlwerpatmosphärkonzentratioun vun 30 mM. Donkelgro Ag/PVA/PP-Stoff an Ag/PP-Stoff ginn no Wäschung lues a lues hellgro; an d'Faarfännerung vum éischten Stoff beim Wäschen schéngt net sou eescht ze sinn wéi dee vum zweeten. Zousätzlech ass de Sëlwergehalt vum Ag/PVA/PP-Stoff am Verglach zum Ag/PP-Stoff no Wäschung relativ lues erofgaang; nodeems et 20 oder méi Mol gewäsch gouf, huet deen éischten e méi héije Sëlwergehalt behalen wéi deen zweeten (Fig. 6c). Dëst weist drop hin, datt d'Verkapselung vu PP-Faseren mat enger PVA-Beschichtung d'Adhäsioun vun Ag-NPs op PP-Faseren däitlech verbessere kann. Figur 6d weist d'SEM-Biller vum Ag/PVA/PP-Stoff an Ag/PP-Stoff no Wäschung fir 10, 40 an 50 Zyklen. Ag/PVA/PP-Stoffer verléieren beim Wäschen manner Ag-NPs wéi Ag/PP-Stoffer, och hei well d'PVA-Verkapselungsbeschichtung hëlleft d'Adhäsioun vun Ag-NPs op PP-Faseren ze verbesseren.
(a) Fotoe vun Ag/PP-Stoff, déi mat enger Digitalkamera (mat enger Sëlwerammoniakkonzentratioun vun 30 mM) no 0, 10, 20, 30, 40 an 50 Wäschzyklen (1-6) opgeholl goufen; (b) Ag/PVA/PP-Fotoe vun Stoffer, déi mat enger Digitalkamera (mat enger Sëlwerammoniakkonzentratioun vun 30 mM) no 0, 10, 20, 30, 40 an 50 Wäschzyklen (1-6) opgeholl goufen; (c) Ännerungen am Sëlwerkontenthalt vun den zwou Stoffer iwwer d'Wäschzyklen; (d) SEM-Biller vun Ag/PVA/PP-Stoff (1-3) an Ag/PP-Stoff (4-6) no 10, 40 an 50 Wäschzyklen.
Figur 7 weist déi antibakteriell Aktivitéit an Digitalkamerafotoe vun Ag/PVA/PP-Stoffer géint E. coli no 10, 20, 30 a 40 Wäschzyklen. No 10 an 20 Wäsch ass déi antibakteriell Leeschtung vun Ag/PVA/PP-Stoffer bei 99,99% an 99,93% bliwwen, wat eng exzellent antibakteriell Aktivitéit weist. Den antibakteriellen Niveau vum Ag/PVA/PP-Stoff ass no 30 an 40 Wäschzäit liicht erofgaang, wat op de Verloscht vun AgNPs no laangfristegem Wäschen zeréckzeféieren ass. Wéi och ëmmer, ass déi antibakteriell Rate vum Ag/PP-Stoff no 40 Wäschzäiten nëmmen 80,16%. Et ass offensichtlech, datt den antibakteriellen Effekt vum Ag/PP-Stoff no 40 Wäschzyklen vill manner ass wéi dee vum Ag/PVA/PP-Stoff.
(a) Niveau vun der antibakterieller Aktivitéit géint E. coli. (b) Zum Verglach ginn och Fotoe vum Ag/PVA/PP-Stoff gewisen, déi mat enger Digitalkamera opgeholl goufen, nodeems den Ag/PP-Stoff mat enger Sëlwerammoniakkonzentratioun vun 30 mM fir 10, 20, 30, 40 an 40 Zyklen gewäsch gouf.
An der Fig. 8 gëtt schematesch d'Fabrikatioun vu groussflächegem Ag/PVA/PP-Stoff mat Hëllef vun engem zweestufege Roll-to-Roll-Prozess gewisen. Dat heescht, d'PVA/Glukos-Léisung gouf fir eng gewëssen Zäit am Rollrahmen ageweit, duerno erausgeholl an dann op déiselwecht Aart a Weis mat enger Sëlwerpammoniakléisung imprägnéiert, fir Ag/PVA/PP-Stoff ze kréien. (Fig. 8a). De resultéierende Ag/PVA/PP-Stoff behält eng exzellent antibakteriell Aktivitéit, och wann e fir ee Joer do leie bleift. Fir d'Virbereedung vun Ag/PVA/PP-Stoffer a groussflächeger Skala goufen déi resultéierend PP-Vliese an engem kontinuéierleche Rollprozess imprägnéiert an duerno hannereneen duerch eng PVA/Glukos-Léisung an eng Sëlwerpammoniakléisung geleet a veraarbecht op zwou Manéiere. Ugehaangen Videoen. D'Imprägnatiounszäit gëtt kontrolléiert andeems d'Geschwindegkeet vun der Roll ugepasst gëtt, an d'Quantitéit vun der adsorbéierter Léisung gëtt kontrolléiert andeems den Ofstand tëscht de Rollen ugepasst gëtt (Fig. 8b), wouduerch den Zil-Ag/PVA/PP-Vliese vu grousser Gréisst (50 cm × 80 cm) an d'Sammelroll kritt gëtt. De ganze Prozess ass einfach an effizient, wat fir eng grouss Produktioun förderlech ass.
Schematesch Duerstellung vun der Produktioun vu grousse Zilprodukter (a) a Schematesch Duerstellung vum Walzprozess fir d'Produktioun vun Ag/PVA/PP Vliesmaterialien (b).
Sëlwerhalteg PVA/PP-Vliesstoffer ginn mat enger einfacher In-situ-Flëssegkeetsphasenoflagerungstechnologie a Kombinatioun mat der Roll-zu-Roll-Method produzéiert. Am Verglach mat PP-Stoff a PVA/PP-Stoff sinn déi mechanesch Eegeschafte vum preparéierten Ag/PVA/PP-Vliesstoff däitlech verbessert, well d'PVA-Dichtschicht d'Adhäsioun vun Ag-NPs op PP-Faseren däitlech verbessere kann. Zousätzlech kann d'Quantitéit u PVA an den Inhalt vu Sëlwer-NPs am Ag/PVA/PP-Vliesstoff gutt kontrolléiert ginn, andeems d'Konzentratioune vun der PVA/Glukosléisung an der Sëlwer-Ammoniakléisung ugepasst ginn. Besonnesch den Ag/PVA/PP-Vliesstoff, deen mat 30 mM Sëlwer-Ammoniakléisung preparéiert gouf, huet déi bescht mechanesch Eegeschafte gewisen an huet och no 40 Wäschzyklen eng exzellent antibakteriell Aktivitéit géint E. coli behalen, wat e gutt Anti-Fouling-Potenzial weist. PP-Vliesmaterial. Am Verglach mat anere Literaturdaten hunn d'Stoffer, déi mir mat méi einfache Methoden kritt hunn, eng besser Wäschbeständegkeet gewisen. Zousätzlech huet de resultéierende Ag/PVA/PP-Vliesstoff eng ideal Feuchtigkeitsdurchlässegkeet a Tragekomfort, wat seng Uwendung an industriellen Uwendungen erliichtere kann.
All Donnéeën, déi am Laf vun dëser Studie gesammelt oder analyséiert goufen (an hir ënnerstëtzend Informatiounsdateien), sollen derbäigesat ginn.
Russell, SM et al. Biosensoren fir de COVID-19 Zytokinstuerm ze bekämpfen: Erausfuerderungen déi virun eis leien. ACS Sens. 5, 1506–1513 (2020).
Zaeem S, Chong JH, Shankaranarayanan V an Harkey A. COVID-19 a Multiorgan-Äntwerten. aktuell. Fro. Häerz. 45, 100618 (2020).
Zhang R, et al. Schätzunge vun der Zuel vu Coronavirus-Fäll am Joer 2019 a China ginn no Stadium an endemesche Regiounen ugepasst. front. medicine. 14, 199–209 (2020).
Gao J. et al. Flexibelt, superhydrophobt a leetfäeg Vlies-Polypropylen-Kompositmaterial fir de Schutz géint elektromagnetesch Stéierungen. Chemical. engineer. J. 364, 493–502 (2019).
Raihan M. et al. Entwécklung vu multifunktionelle Polyacrylonitril/Sëlwer-Nanokompositfilmer: antibakteriell Aktivitéit, katalytesch Aktivitéit, Konduktivitéit, UV-Schutz an aktiv SERS-Sensoren. J. Matt. resource. technologies. 9, 9380–9394 (2020).
Dawadi S, Katuwal S, Gupta A, Lamichane U a Parajuli N. Aktuell Fuerschung iwwer Sëlwer-Nanopartikelen: Synthese, Charakteriséierung an Uwendungen. J. Nanomaterials. 2021, 6687290 (2021).
Deng Da, Chen Zhi, Hu Yong, Ma Jian, Tong YDN E einfache Prozess fir d'Virbereedung vun leitfäeger Tënt op Sëlwerbasis an d'Uwendung op frequenzselektiv Uewerflächen. Nanotechnology 31, 105705–105705 (2019).
Hao, Y. et al. Hyperverzweigt Polymeren erméiglechen d'Benotzung vu Sëlwer-Nanopartikelen als Stabilisatoren fir den Tëntendrock vu flexible Schaltungen. R. Shuker. Chemical. 43, 2797–2803 (2019).
Keller P a Kawasaki HJML Konduktiv Blatvenennetzwierker, déi duerch Selbstassembléierung vu Sëlwernanopartikelen fir potenziell Uwendungen a flexible Sensoren hiergestallt ginn. Matt. Wright. 284, 128937.1-128937.4 (2020).
Li, J. et al. Mat Sëlwer-Nanopartikel dekoréiert Siliziumdioxid-Nanosphären an -arrays als potenziell Substrate fir Uewerflächenverstäerkt Raman-Streuung. ASU Omega 6, 32879–32887 (2021).
Liu, X. et al. Groussflächege flexible Uewerflächenverstäerkte Raman-Streuungssensor (SERS) mat héijer Signalstabilitéit an Uniformitéit. ACS Application Matt. Interfaces 12, 45332–45341 (2020).
Sandeep, KG et al. Eng hierarchesch Heterostruktur vu Fulleren-Nanostäbchen, déi mat Sëlwernanopartikelen (Ag-FNRs) dekoréiert sinn, déngt als en effektivt eenzelpartikelonofhängegt SERS-Substrat. physics. Chemical. Chemical. physics. 27, 18873–18878 (2018).
Emam, HE an Ahmed, HB Vergläichend Studie vun homometalleschen an heterometalleschen Agar-baséierten Nanostrukturen während faarwstoffkatalyséierter Degradatioun. Internationalitéit. J. Biol. Grouss Molekulen. 138, 450–461 (2019).
Emam, HE, Mikhail, MM, El-Sherbiny, S., Nagy, KS an Ahmed, HB Metallofhängeg Nanokatalyse fir d'Reduktioun vun aromatesche Schadstoffer. Mëttwoch. d'Wëssenschaft. verschmotzen. Ressource. Internationalitéit. 27, 6459–6475 (2020).
Ahmed HB an Emam HE Dräifach-Kär-Schuel (Ag-Au-Pd) Nanostrukturen, déi aus Som bei Raumtemperatur fir potenziell Waasserreinigung ugebaut goufen. Polymer. Test. 89, 106720 (2020).
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 26. November 2023