Dėkojame, kad apsilankėte Nature.com. Jūsų naudojama naršyklės versija turi ribotą CSS palaikymą. Geriausiems rezultatams pasiekti rekomenduojame naudoti naujesnę naršyklės versiją (arba išjungti suderinamumo režimą „Internet Explorer“). Tuo tarpu, siekdami užtikrinti nuolatinį palaikymą, svetainę rodome be stiliaus ar „JavaScript“.
Šiandien populiaresni funkciniai audiniai su antibakterinėmis savybėmis. Tačiau ekonomiškai efektyvi funkcinių audinių, pasižyminčių patvariomis ir pastoviomis savybėmis, gamyba tebėra iššūkis. Polipropileno (PP) neaustiniams audiniams modifikuoti buvo naudojamas polivinilo alkoholis (PVA), o vėliau vietoje nusodintos sidabro nanodalelės (AgNP), kad būtų pagamintas PVA modifikuotas AgNP prisotintas PP (toliau – AgNP). /PVA/PP) audinys. PP pluoštų kapsuliavimas naudojant PVA dangą padeda žymiai pagerinti prisotintų Ag NP sukibimą su PP pluoštais, o Ag/PVA/PP neaustinės medžiagos pasižymi žymiai geresnėmis mechaninėmis savybėmis ir atsparumu Escherichia coli (toliau – E. coli). Paprastai Ag/PVA/PP neaustinės medžiagos, pagamintos esant 30 mM sidabro amoniako koncentracijai, pasižymi geresnėmis mechaninėmis savybėmis, o antibakterinės apsaugos nuo E. coli rodiklis siekia 99,99 %. Audinys vis dar išlaiko puikų antibakterinį aktyvumą po 40 skalbimų ir turi potencialą naudoti pakartotinai. Be to, Ag/PVA/PP neaustinės medžiagos turi plačias pritaikymo galimybes pramonėje dėl gero oro pralaidumo ir drėgmės pralaidumo. Be to, sukūrėme „nuo ritinio iki ritinio“ technologiją ir atlikome preliminarius tyrimus, kad patikrintume šio metodo įgyvendinamumą.
Gilėjant ekonominei globalizacijai, didelio masto gyventojų judėjimas labai padidino viruso perdavimo galimybę, o tai puikiai paaiškina, kodėl naujasis koronavirusas turi tokį stiprų gebėjimą plisti visame pasaulyje ir kodėl jį sunku užkirsti kelią1,2,3. Todėl reikia skubiai kurti naujas antibakterines medžiagas, tokias kaip polipropileno (PP) neaustinės medžiagos, kaip medicinines apsaugines medžiagas. Polipropileno neaustinės medžiagos pasižymi mažu tankiu, cheminiu inertiškumu ir maža kaina4, tačiau neturi antibakterinių savybių, trumpą tarnavimo laiką ir mažą apsaugos efektyvumą. Todėl labai svarbu suteikti PP neaustinėms medžiagoms antibakterinių savybių.
Kaip senovinis antibakterinis agentas, sidabras perėjo penkis vystymosi etapus: koloidinio sidabro tirpalo, sidabro sulfadiazino, sidabro druskos, baltyminio sidabro ir nanosidabro. Sidabro nanodalelės vis dažniau naudojamos tokiose srityse kaip medicina5,6, laidumas7,8,9, paviršiaus sustiprinta Ramano sklaida10,11,12, katalizinis dažiklių skaidymas13,14,15,16 ir kt. Visų pirma, sidabro nanodalelės (AgNP) turi pranašumų, palyginti su tradiciniais antimikrobiniais agentais, tokiais kaip metalų druskos, ketvirtiniai amonio junginiai ir triklozanas, dėl reikiamo atsparumo bakterijoms, stabilumo, mažos kainos ir aplinkosauginio priimtinumo17,18,19. Be to, sidabro nanodalelės, turinčios didelį savitąjį paviršiaus plotą ir didelį antibakterinį aktyvumą, gali būti pritvirtintos prie vilnonių audinių20, medvilninių audinių21,22, poliesterio audinių ir kitų audinių, kad būtų pasiektas kontroliuojamas, ilgalaikis antibakterinių sidabro dalelių išsiskyrimas23,24. Tai reiškia, kad kapsuliuojant AgNP galima sukurti PP audinius, pasižyminčius antibakteriniu aktyvumu. Tačiau PP neaustinėse medžiagose trūksta funkcinių grupių ir jos turi mažą poliškumą, o tai nepadeda AgNP kapsuliuoti. Siekdami įveikti šį trūkumą, kai kurie tyrėjai bandė nusodinti Ag nanodaleles ant PP audinių paviršiaus, naudodami įvairius modifikavimo metodus, įskaitant plazminį purškimą26,27, spindulinį skiepijimą28,29,30,31 ir paviršiaus padengimą32. Pavyzdžiui, Goli ir kt. [33] įvedė baltyminę dangą ant PP neaustinio audinio paviršiaus, o aminorūgštys baltyminio sluoksnio periferijoje gali būti AgNP prisijungimo taškai, taip pasiekiant geras antibakterines savybes. Li ir bendradarbiai34 nustatė, kad N-izopropilakrilamidas ir N-(3-aminopropil)metakrilamido hidrochloridas, kartu skiepyti ultravioletiniu (UV) ėsdinimu, pasižymi stipriu antimikrobiniu aktyvumu, nors UV ėsdinimo procesas yra sudėtingas ir gali pabloginti pluošto mechanines savybes. Oliani ir kt. paruošė Ag NP-PP gelio plėveles, pasižyminčias puikiu antibakteriniu aktyvumu, iš anksto apdorodami gryną PP gama spinduliuote; tačiau jų metodas taip pat buvo sudėtingas. Todėl išlieka iššūkis efektyviai ir lengvai pagaminti perdirbamus polipropileno neaustinius audinius, turinčius norimą antimikrobinį aktyvumą.
Šiame tyrime polipropileno audiniams modifikuoti naudojamas polivinilo alkoholis – aplinkai nekenksminga ir nebrangi membraninė medžiaga, pasižyminti geru plėvelę formuojančiu gebėjimu, dideliu hidrofiliškumu ir puikiu fizikiniu bei cheminiu stabilumu. Gliukozė naudojama kaip reduktorius36. Padidėjusi modifikuoto PP paviršiaus energija skatina selektyvų AgNP nusėdimą. Palyginti su grynu PP audiniu, paruoštas Ag/PVA/PP audinys pasižymėjo geru perdirbimu, puikiu antibakteriniu aktyvumu prieš E. coli, geromis mechaninėmis savybėmis net po 40 skalbimo ciklų ir dideliu laidumu orui, pralaidumu lyčiai ir drėgmei.
25 g/m2 savitojo svorio ir 0,18 mm storio PP neaustinį audinį tiekė „Jiyuan Kang'an Sanitary Materials Co., Ltd.“ (Dzijuanas, Kinija) ir supjaustė į 5 × 5 cm2 dydžio lakštus. Sidabro nitratas (99,8 %; AR) buvo įsigytas iš „Xilong Scientific Co., Ltd.“ (Šantou, Kinija). Gliukozė buvo įsigyta iš „Fuzhou Neptune Fuyao Pharmaceutical Co., Ltd.“ (Fudžou, Kinija). Polivinilo alkoholis (pramoninės klasės reagentas) buvo įsigytas iš Tiandzino Sitongo chemijos gamyklos (Tiandzinas, Kinija). Dejonizuotas vanduo buvo naudojamas kaip tirpiklis arba skalavimo skystis ir buvo paruoštas mūsų laboratorijoje. Maistinis agaras ir sultinys buvo įsigytas iš „Beijing Aoboxing Biotechnology Co., Ltd.“ (Pekinas, Kinija). E. coli padermė (ATCC 25922) buvo įsigyta iš „Zhangzhou Bochuang Company“ (Džangdžou, Kinija).
Gautas PP audinys 15 minučių buvo plaunamas ultragarsu etanolyje. Gautas PVA buvo įpiltas į vandenį ir 2 valandas kaitinamas 95 °C temperatūroje, kad gautųsi vandeninis tirpalas. Tada gliukozė buvo ištirpinta 10 ml PVA tirpalo, kurio masės dalis buvo 0,1 %, 0,5 %, 1,0 % ir 1,5 %. Išgrynintas polipropileno neaustinis audinys buvo panardintas į PVA/gliukozės tirpalą ir 1 valandą kaitinamas 60 °C temperatūroje. Baigus kaitinimą, PP impregnuotas neaustinis audinys išimamas iš PVA/gliukozės tirpalo ir 0,5 valandos džiovinamas 60 °C temperatūroje, kad ant audinio paviršiaus susidarytų PVA plėvelė, taip gaunant PVA/PP kompozitinį tekstilės gaminį.
Sidabro nitratas ištirpinamas 10 ml vandens nuolat maišant kambario temperatūroje ir lašinamas amoniakas, kol tirpalas iš skaidraus pasikeičia į rudą ir vėl skaidrų, kad gautųsi sidabro amoniako tirpalas (5–90 mM). PVA/PP neaustinis audinys įdedamas į sidabro amoniako tirpalą ir 1 valandą kaitinamas 60 °C temperatūroje, kad audinio paviršiuje susidarytų Ag nanodalelės, tada tris kartus perplaunamas vandeniu ir 0,5 valandos džiovinamas 60 °C temperatūroje, kad gautųsi Ag/PVA/PP kompozicinis audinys.
Po preliminarių eksperimentų laboratorijoje sukūrėme „roll-to-roll“ įrangą didelio masto kompozicinių audinių gamybai. Voleliai pagaminti iš PTFE, kad būtų išvengta nepageidaujamų reakcijų ir užteršimo. Šio proceso metu impregnavimo laiką ir adsorbuoto tirpalo kiekį galima kontroliuoti reguliuojant volelių greitį ir atstumą tarp volelių, kad būtų gautas norimas Ag/PVA/PP kompozicinis audinys.
Audinių paviršiaus morfologija buvo tirta naudojant VEGA3 skenuojantį elektroninį mikroskopą (SEM; „Japan Electronics“, Japonija), esant 5 kV greitinimo įtampai. Sidabro nanodalelių kristalinė struktūra buvo analizuojama rentgeno spindulių difrakcija (XRD; „Bruker“, „D8 Advanced“, Vokietija; Cu Kα spinduliuotė, λ = 0,15418 nm; įtampa: 40 kV, srovė: 40 mA) 10–80° 2θ diapazone. Paviršiumi modifikuoto polipropileno audinio cheminėms savybėms analizuoti buvo naudojamas Furjė transformacijos infraraudonųjų spindulių spektrometras (ATR-FTIR; „Nicolet 170sx“, „Thermo Fisher Scientific Incorporation“). Ag/PVA/PP kompozicinių audinių PVA modifikatoriaus kiekis buvo matuojamas termogravimetrine analize (TGA; „Mettler Toledo“, Šveicarija) azoto srovėje. Ag/PVA/PP kompozicinių audinių sidabro kiekiui nustatyti buvo naudojama induktyviai sujungta plazmos masių spektrometrija (ICP-MS, ELAN DRC II, „Perkin-Elmer (Hong Kong) Co., Ltd.“).
Ag/PVA/PP kompozicinio audinio (specifikacija: 78 × 50 cm2) oro pralaidumą ir vandens garų perdavimo greitį pagal GB/T. 5453-1997 ir GB/T 12704.2-2009 išmatavo trečiosios šalies bandymų agentūra („Tianfangbiao Standardization Certification and Testing Co., Ltd.“). Kiekvienam mėginiui bandymams atlikti parenkami dešimt skirtingų taškų, o agentūros pateikti duomenys yra dešimties taškų vidurkis.
Ag/PVA/PP kompozicinio audinio antibakterinis aktyvumas buvo matuojamas pagal Kinijos standartus GB/T 20944.1-2007 ir GB/T 20944.3-, naudojant agaro lėkštelės difuzijos metodą (kokybinė analizė) ir kratymo kolbos metodą (kiekybinė analizė). Ag/PVA/PP kompozicinio audinio antibakterinis aktyvumas prieš Escherichia coli buvo nustatytas skirtingu skalbimo laiku. Agaro lėkštelės difuzijos metodui bandomasis Ag/PVA/PP kompozicinis audinys perforatoriumi įmušamas į diską (8 mm skersmens) ir pritvirtinamas prie agaro Petri lėkštelės, inokuliuotos Escherichia coli (ATCC 25922). ; 3,4 × 108 CFU ml-1), o po to inkubuojamas 37 °C temperatūroje ir 56 % santykinėje drėgmėje maždaug 24 valandas. Slopinimo zona buvo analizuojama vertikaliai nuo disko centro iki aplinkinių kolonijų vidinio perimetro. Kratymo kolbos metodu iš išbandyto Ag/PVA/PP kompozicinio audinio buvo paruošta 2 × 2 cm2 plokščia plokštelė ir autoklavuota sultinio aplinkoje 121 °C temperatūroje ir 0,1 MPa slėgyje 30 minučių. Po autoklavo mėginys buvo panardintas į 5 ml Erlenmejerio kolbą, kurioje buvo 70 ml sultinio kultūros tirpalo (suspensijos koncentracija 1 × 105–4 × 105 CFU/ml), ir po to inkubuotas 150 °C (aps./min.) ir 25 °C temperatūroje 18 valandų. Po kratymo surinkite tam tikrą kiekį bakterijų suspensijos ir praskieskite ją dešimt kartų. Surinkite reikiamą kiekį praskiestos bakterijų suspensijos, paskleiskite ją ant agaro terpės ir kultivuokite 37 °C temperatūroje ir 56 % santykinėje drėgmėje 24 valandas. Antibakterinio veiksmingumo skaičiavimo formulė yra: \(\frac{\mathrm{C}-\mathrm{A}}{\mathrm{C}}\cdot 100\%\), kur C ir A yra atitinkamai kolonijų skaičius po 24 valandų. Kultivuojama kontrolinėje grupėje ir Ag/PVA/PP kompoziciniame audinyje.
Ag/PVA/PP kompozicinių audinių patvarumas buvo įvertintas skalbiant pagal ISO 105-C10:2006.1A standartą. Skalbimo metu bandomasis Ag/PVA/PP kompozicinis audinys (30x40mm2) buvo panardintas į vandeninį tirpalą, kuriame yra komercinio ploviklio (5,0 g/l), ir skalbiamas dideliu greičiu 40±2 aps./min. ir 40±5 aps./min., °C temperatūroje, 10, 20, 30, 40 ir 50 ciklų. Po skalbimo audinys tris kartus perplaunamas vandeniu ir džiovinamas 50–60 °C temperatūroje 30 minučių. Antibakterinio aktyvumo laipsniui nustatyti buvo matuojamas sidabro kiekio pokytis po skalbimo.
1 paveiksle pavaizduota Ag/PVA/PP kompozicinio audinio gamybos schema. Tai yra, PP neaustinė medžiaga panardinama į PVA ir gliukozės mišinį. PP impregnuota neaustinė medžiaga džiovinama, kad fiksuotų modifikatorių ir reduktorius ir sudarytų sandarinimo sluoksnį. Džiovintas polipropileno neaustinis audinys panardinamas į sidabro amoniako tirpalą, kad sidabro nanodalelės nusodintųsi vietoje. Svarbūs veiksniai, lemiantys Ag nanodalelių nusodinimą, yra modifikatoriaus koncentracija, gliukozės ir sidabro amoniako molinis santykis, sidabro amoniako koncentracija ir reakcijos temperatūra. 2a paveiksle parodyta Ag/PVA/PP audinio sąlyčio su vandeniu kampo priklausomybė nuo modifikatoriaus koncentracijos. Kai modifikatoriaus koncentracija padidėja nuo 0,5 masės % iki 1,0 masės %, Ag/PVA/PP audinio sąlyčio kampas žymiai sumažėja; kai modifikatoriaus koncentracija padidėja nuo 1,0 masės % iki 2,0 masės %, jis praktiškai nepasikeičia. 2b paveiksle pateikti gryno PP pluošto ir Ag/PVA/PP audinių, paruoštų esant 50 mM sidabro amoniako koncentracijai ir skirtingiems gliukozės ir sidabro amoniako moliniams santykiams (1:1, 3:1, 5:1 ir 9:1), SEM vaizdai. . paveikslėlis. ). Gautas PP pluoštas yra gana lygus. Po kapsuliavimo PVA plėvele kai kurie pluoštai suklijuojami; Dėl sidabro nanodalelių nusodinimo pluoštai tampa gana šiurkštūs. Didėjant reduktoriaus ir gliukozės moliniam santykiui, nusodintas Ag nanodalelių sluoksnis palaipsniui storėja, o moliniam santykiui didėjant iki 5:1 ir 9:1, Ag nanodalelės linkusios sudaryti agregatus. Makroskopiniai ir mikroskopiniai PP pluošto vaizdai tampa vienodesni, ypač kai reduktoriaus ir gliukozės molinis santykis yra 5:1. Atitinkamų mėginių, gautų esant 50 mM sidabro amoniako koncentracijai, skaitmeninės nuotraukos parodytos S1 paveiksle.
Ag/PVA/PP audinio sąlyčio su vandeniu kampo pokyčiai esant skirtingoms PVA koncentracijoms (a), Ag/PVA/PP audinio SEM vaizdai, gauti esant 50 mM sidabro amoniako koncentracijai ir įvairiems gliukozės ir sidabro amoniako moliniams santykiams [(b))); (1) PP pluoštas, (2) PVA/PP pluoštas, (3) molinis santykis 1:1, (4) molinis santykis 3:1, (5) molinis santykis 5:1, (6) molinis santykis 9:1], Ag/PVA/PP audinio rentgeno spindulių difrakcijos diagrama (c) ir SEM vaizdas (d), gauti esant šioms sidabro amoniako koncentracijoms: (1) 5 mM, (2) 10 mM, (3) 30 mM, (4) 50 mM, (5) 90 mM ir (6) Ag/PP-30 mM. Reakcijos temperatūra yra 60 °C.
2c paveiksle parodytas gauto Ag/PVA/PP audinio rentgeno spindulių difrakcijos vaizdas. Be PP pluošto 37 difrakcijos smailės, keturios difrakcijos smailės ties 2θ = ~ 37,8°, 44,2°, 64,1° ir 77,3° atitinka (1 1 1), (2 0 0), (2 2 0) ir kristalinę plokštumą (3 1 1) kubinių, centruotų paviršių sidabro nanodalelių. Sidabro amoniako koncentracijai didėjant nuo 5 iki 90 mM, Ag rentgeno spindulių difrakcijos vaizdai tampa ryškesni, o tai atitinka vėlesnį kristališkumo padidėjimą. Pagal Scherrer formulę, Ag nanodalelių, paruoštų su 10 mM, 30 mM ir 50 mM sidabro amoniaku, grūdelių dydžiai buvo atitinkamai 21,3 nm, 23,3 nm ir 26,5 nm. Taip yra todėl, kad sidabro amoniako koncentracija yra varomoji jėga, skatinanti redukcijos reakciją, kurios metu susidaro metalinis sidabras. Didėjant sidabro amoniako koncentracijai, didėja Ag nanodalelių susidarymo ir augimo greitis. 2d paveiksle pateikti Ag/PVA/PP audinių, gautų esant skirtingoms Ag amoniako koncentracijoms, SEM vaizdai. Esant 30 mM sidabro amoniako koncentracijai, nusodintas Ag nanodalelių sluoksnis yra santykinai homogeniškas. Tačiau, kai sidabro amoniako koncentracija yra per didelė, Ag nanodalelių nusodinimo sluoksnio vienodumas linkęs mažėti, o tai gali būti dėl stiprios aglomeracijos Ag nanodalelių nusodinimo sluoksnyje. Be to, sidabro nanodalelės paviršiuje yra dviejų formų: sferinės ir žvynuotos. Sferinių dalelių dydis yra maždaug 20–80 nm, o plokštelinių šoninių dalelių dydis – maždaug 100–300 nm (S2 pav.). Ag nanodalelių nusodinimo sluoksnis ant nemodifikuoto PP audinio paviršiaus yra netolygus. Be to, temperatūros didinimas skatina Ag nanodalelių redukciją (S3 pav.), tačiau per aukšta reakcijos temperatūra neskatina selektyvaus Ag nanodalelių nusodinimo.
3a paveiksle schematiškai pavaizduotas sidabro amoniako koncentracijos, nusodinto sidabro kiekio ir paruošto Ag/PVA/PP audinio antibakterinio aktyvumo ryšys. 3b paveiksle parodyti mėginių antibakteriniai modeliai esant skirtingoms sidabro amoniako koncentracijoms, kurie gali tiesiogiai atspindėti mėginių antibakterinį statusą. Kai sidabro amoniako koncentracija padidėjo nuo 5 mM iki 90 mM, sidabro nusėdimo kiekis padidėjo nuo 13,67 g/kg iki 481,81 g/kg. Be to, didėjant sidabro nusėdimo kiekiui, antibakterinis aktyvumas prieš E. coli iš pradžių didėja, o vėliau išlieka aukštame lygyje. Tiksliau, kai sidabro amoniako koncentracija yra 30 mM, nusėdusio sidabro kiekis gautame Ag/PVA/PP audinyje yra 67,62 g/kg, o antibakterinis greitis yra 99,99 %. Šį mėginį reikia pasirinkti kaip reprezentatyvų tolesnei struktūrinei charakterizacijai.
(a) Antibakterinio aktyvumo lygio ir užtepto Ag sluoksnio kiekio bei sidabro amoniako koncentracijos ryšys; (b) Skaitmeniniu fotoaparatu darytos bakterijų kultūros plokštelių nuotraukos, kuriose matyti tušti mėginiai ir mėginiai, paruošti naudojant 5 mM, 10 mM, 30 mM, 50 mM ir 90 mM sidabro amoniako. Ag/PVA/PP audinio antibakterinis aktyvumas prieš Escherichia coli
4a paveiksle pateikti PP, PVA/PP, Ag/PP ir Ag/PVA/PP FTIR/ATR spektrai. Gryno PP pluošto sugerties juostos ties 2950 cm⁻¹ ir 2916 cm⁻¹ atsiranda dėl asimetrinių –CH3 ir –CH2- grupių tempimo virpesių, o ties 2867 cm⁻¹ ir 2837 cm⁻¹ – dėl simetrinių –CH3 ir –CH2 grupių –, –CH3 ir –CH2– tempimo virpesių. Sugerties juostos ties 1375 cm⁻¹ ir 1456 cm⁻¹ priskiriamos asimetrinėms ir simetrinėms –CH338,39 poslinkio virpesiams. Ag/PP pluošto FTIR spektras yra panašus į PP pluošto. Be PP sugerties juostos, naujas PVA/PP ir Ag/PVA/PP audinių sugerties pikas ties 3360 cm⁻¹ priskiriamas –OH grupės vandenilinio ryšio tempimui. Tai rodo, kad PVA sėkmingai užtepamas ant polipropileno pluošto paviršiaus. Be to, Ag/PVA/PP audinio hidroksilo absorbcijos pikas yra šiek tiek silpnesnis nei PVA/PP audinio, o tai gali būti dėl kai kurių hidroksilo grupių koordinacijos su sidabru.
Gryno PP, PVA/PP audinio ir Ag/PVA/PP audinio FT-IR spektras (a), TGA kreivė (b) ir XPS matavimo spektras (c) bei gryno PP (d), PVA/PP PP audinio (e) C 1s spektras ir Ag/PVA/PP audinio Ag 3d pikas (f).
4c paveiksle pateikti PP, PVA/PP ir Ag/PVA/PP audinių XPS spektrai. Silpną gryno polipropileno pluošto O 1s signalą galima priskirti paviršiuje adsorbuotam deguonies elementui; C 1s pikas ties 284,6 eV priskiriamas CH ir CC (žr. 4d paveikslą). Palyginti su grynu PP pluoštu, PVA/PP audinys (4e pav.) pasižymi geromis savybėmis esant 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) ir 288,5 eV (H–C=O)38. Be to, PVA/PP audinio O 1s spektrą galima aproksimuoti dviem pikais ties 532,3 eV ir 533,2 eV41 (S4 pav.), šie C 1s pikai atitinka C–OH ir H–C=O (PVA hidroksilo grupes ir aldehido gliukozės grupę), o tai atitinka FTIR duomenis. Ag/PVA/PP neaustinis audinys išlaiko C-OH (532,3 eV) ir HC=O (533,2 eV) O 1s spektrą (S5 pav.), kurį sudaro 65,81 % (atominis procentas) C, 22,89 % O ir 11,31 % Ag (S4 pav.). Visų pirma, Ag 3d5/2 ir Ag 3d3/2 pikai ties 368,2 eV ir 374,2 eV (4f pav.) dar kartą įrodo, kad Ag nanodalelės yra legiruotos ant PVA/PP42 neaustinio audinio paviršiaus.
Gryno PP, Ag/PP audinio ir Ag/PVA/PP audinio TGA kreivės (4b pav.) rodo, kad jie vyksta panašiai terminio skilimo procesai, o Ag nanodalelių nusodinimas šiek tiek padidina PP pluoštų PVA/PP pluoštų terminio skilimo temperatūrą (nuo 480 °C (PP pluoštai) iki 495 °C), galbūt dėl Ag barjero susidarymo43. Tuo pačiu metu grynų PP, Ag/PP, Ag/PVA/PP, Ag/PVA/PP-W50 ir Ag/PP-W50 mėginių likutiniai kiekiai po kaitinimo 800 °C temperatūroje buvo atitinkamai 1,32 %, 16,26 % ir 13,86 %, t. y. 9,88 % ir 2,12 % (priesaga W50 čia reiškia 50 plovimo ciklų). Likusi gryno PP dalis priskiriama priemaišoms, o likusi mėginių dalis – Ag NP, o sidabru prisotintų mėginių likutinio kiekio skirtumas turėtų būti dėl skirtingo ant jų prisotintų sidabro nanodalelių kiekio. Be to, po 50 Ag/PP audinio plovimo likutinio sidabro kiekis sumažėjo 94,65 %, o Ag/PVA/PP audinio likutinis sidabro kiekis sumažėjo apie 31,74 %. Tai rodo, kad PVA kapsuliuojanti danga gali efektyviai pagerinti AgNP sukibimą su PP matrica.
Siekiant įvertinti dėvėjimo komfortą, buvo išmatuotas paruošto polipropileno audinio oro pralaidumas ir vandens garų perdavimo greitis. Apskritai kalbant, laidumas orui yra susijęs su naudotojo šiluminiu komfortu, ypač karštoje ir drėgnoje aplinkoje44. Kaip parodyta 5a paveiksle, gryno PP oro pralaidumas yra 2050 mm/s, o modifikavus PVA jis sumažėja iki 856 mm/s. Taip yra todėl, kad ant PP pluošto ir austos dalies paviršiaus susidariusi PVA plėvelė padeda sumažinti tarpus tarp pluoštų. Užtepus Ag NP, PP audinio oro pralaidumas padidėja dėl PVA dangos sunaudojimo užtepus Ag NP. Be to, Ag/PVA/PP audinių laidumas orui linkęs mažėti, kai sidabro amoniako koncentracija padidėja nuo 10 iki 50 mmol. Tai gali būti dėl to, kad sidabro nuosėdų storis didėja didėjant sidabro amoniako koncentracijai, o tai padeda sumažinti porų skaičių ir vandens garų prasiskverbimo pro jas tikimybę.
a) Ag/PVA/PP audinių, paruoštų su skirtingomis sidabro amoniako koncentracijomis, pralaidumas orui; b) Ag/PVA/PP audinių, paruoštų su skirtingomis sidabro amoniako koncentracijomis, vandens garų pralaidumas; c) Įvairūs modifikatoriai. Ag audinio/PVA/PP, gauto esant skirtingoms koncentracijoms, tempimo kreivė; d) Ag/PVA/PP audinio, gauto esant skirtingoms sidabro amoniako koncentracijoms, tempimo kreivė (taip pat parodytas Ag/PVA/PP audinys, gautas esant 30 mM sidabro amoniako koncentracijai) (Palyginkite PP audinių tempimo kreives po 40 skalbimo ciklų).
Vandens garų pralaidumo greitis yra dar vienas svarbus audinio šiluminio komforto rodiklis45. Pasirodo, audinių drėgmės pralaidumą daugiausia lemia laidumas orui ir paviršiaus savybės. Tai yra, oro pralaidumas daugiausia priklauso nuo porų skaičiaus; paviršiaus savybės turi įtakos hidrofilinių grupių drėgmės pralaidumui per vandens molekulių adsorbciją-difuziją-desorbciją. Kaip parodyta 5b paveiksle, gryno PP pluošto drėgmės pralaidumas yra 4810 g/(m2·24h). Užsandarinus PVA danga, PP pluošto skylių skaičius sumažėja, tačiau PVA/PP audinio drėgmės pralaidumas padidėja iki 5070 g/(m2·24h), nes jo drėgmės pralaidumą daugiausia lemia paviršiaus savybės, o ne poros. Nusodinus AgNP, Ag/PVA/PP audinio drėgmės pralaidumas dar labiau padidėjo. Visų pirma, maksimalus Ag/PVA/PP audinio drėgmės pralaidumas, gautas esant 30 mM sidabro amoniako koncentracijai, yra 10300 g/(m2·24h). Tuo pačiu metu skirtingas Ag/PVA/PP audinių, gautų esant skirtingoms sidabro amoniako koncentracijoms, drėgmės pralaidumas gali būti susijęs su sidabro nusodinimo sluoksnio storio ir jo porų skaičiaus skirtumais.
Audinių mechaninės savybės daro didelę įtaką jų tarnavimo laikui, ypač kaip perdirbamų medžiagų46. 5c paveiksle parodyta Ag/PVA/PP audinio tempiamojo įtempio kreivė. Gryno PP tempiamasis stipris yra tik 2,23 MPa, o 1 % masės PVA/PP audinio tempiamasis stipris žymiai padidėja iki 4,56 MPa, o tai rodo, kad PVA/PP audinio kapsulė padeda žymiai pagerinti jo mechanines savybes. PVA/PP audinio tempiamasis stipris ir pailgėjimas plyšimo metu didėja didėjant PVA modifikatoriaus koncentracijai, nes PVA plėvelė gali įveikti įtempį ir sustiprinti PP pluoštą. Tačiau, kai modifikatoriaus koncentracija padidėja iki 1,5 % masės, lipnus PVA padaro polipropileno audinį standų, o tai labai veikia dėvėjimo komfortą.
Palyginti su grynu PP ir PVA/PP audiniais, Ag/PVA/PP audinių tempiamasis stipris ir pailgėjimas plyšimo metu dar labiau pagerėja, nes Ag nanodalelės, tolygiai paskirstytos PP pluošto paviršiuje, gali paskirstyti apkrovą47,48. Matyti, kad Ag/PP pluošto tempiamasis stipris yra didesnis nei gryno PP ir siekia 3,36 MPa (5d pav.), o tai patvirtina stiprų ir stiprinantį Ag NP poveikį. Visų pirma, Ag/PVA/PP audinys, pagamintas esant 30 mM (o ne 50 mM) sidabro amoniako koncentracijai, pasižymi maksimaliu tempiamuoju stipriu ir pailgėjimu plyšimo metu, kuris vis dar atsiranda dėl tolygaus Ag NP nusėdimo, taip pat dėl tolygaus nusėdimo. Sidabro NP agregacija esant didelei sidabro amoniako koncentracijai. Be to, po 40 skalbimo ciklų Ag/PVA/PP audinio, paruošto esant 30 mM sidabro amoniako koncentracijai, tempiamasis stipris ir pailgėjimas plyšimo metu sumažėjo atitinkamai 32,7 % ir 26,8 % (5d pav.), o tai gali būti susiję su nedideliu po to nusodintų sidabro nanodalelių praradimu.
6a ir 6b paveiksluose parodytos Ag/PVA/PP audinio ir Ag/PP audinio skaitmeninio fotoaparato nuotraukos po skalbimo 0, 10, 20, 30, 40 ir 50 ciklų, esant 30 mM sidabro amoniako koncentracijai. Tamsiai pilkas Ag/PVA/PP audinys ir Ag/PP audinys po skalbimo palaipsniui tampa šviesiai pilki; o pirmojo audinio spalvos pasikeitimas skalbimo metu neatrodo toks didelis kaip antrojo. Be to, palyginti su Ag/PP audiniu, Ag/PVA/PP audinio sidabro kiekis po skalbimo sumažėjo santykinai lėtai; po 20 ar daugiau skalbimo kartų pirmasis išlaikė didesnį sidabro kiekį nei antrasis (6c pav.). Tai rodo, kad PP pluoštų padengimas PVA danga gali žymiai pagerinti Ag nanodalelių sukibimą su PP pluoštais. 6d paveiksle parodytos Ag/PVA/PP audinio ir Ag/PP audinio SEM nuotraukos po skalbimo 10, 40 ir 50 ciklų. Ag/PVA/PP audiniai skalbimo metu praranda mažiau Ag nanodalelių nei Ag/PP audiniai, vėlgi todėl, kad PVA kapsuliuojanti danga padeda pagerinti Ag nanodalelių sukibimą su PP pluoštais.
(a) Ag/PP audinio nuotraukos, darytos skaitmeniniu fotoaparatu (darytos esant 30 mM sidabro amoniako koncentracijai) po 0, 10, 20, 30, 40 ir 50 skalbimo ciklų (1–6); (b) Ag/PVA/PP audinių nuotraukos, darytos skaitmeniniu fotoaparatu (darytos esant 30 mM sidabro amoniako koncentracijai) po 0, 10, 20, 30, 40 ir 50 skalbimo ciklų (1–6); (c) Sidabro kiekio pokyčiai abiejuose audiniuose per skirtingus skalbimo ciklus; (d) Ag/PVA/PP audinio (1–3) ir Ag/PP audinio (4–6) SEM vaizdai po 10, 40 ir 50 skalbimo ciklų.
7 paveiksle parodytas Ag/PVA/PP audinių antibakterinis aktyvumas prieš E. coli ir skaitmeninio fotoaparato nuotraukos po 10, 20, 30 ir 40 skalbimo ciklų. Po 10 ir 20 skalbimų Ag/PVA/PP audinių antibakterinis veiksmingumas išliko atitinkamai 99,99 % ir 99,93 %, o tai rodo puikų antibakterinį aktyvumą. Ag/PVA/PP audinio antibakterinis lygis šiek tiek sumažėjo po 30 ir 40 skalbimo kartų dėl AgNP praradimo po ilgalaikio skalbimo. Tačiau Ag/PP audinio antibakterinis rodiklis po 40 skalbimų siekia tik 80,16 %. Akivaizdu, kad Ag/PP audinio antibakterinis poveikis po 40 skalbimo ciklų yra daug mažesnis nei Ag/PVA/PP audinio.
(a) Antibakterinio aktyvumo prieš E. coli lygis. (b) Palyginimui, taip pat pateiktos Ag/PVA/PP audinio nuotraukos, padarytos skaitmeniniu fotoaparatu po Ag/PP audinio plovimo 30 mM sidabro amoniako koncentracijoje 10, 20, 30, 40 ir 40 ciklų.
8 paveiksle schematiškai parodytas didelio masto Ag/PVA/PP audinio gamyba dviejų pakopų „nuo ritinėlio iki ritinėlio“ būdu. Tai yra, PVA/gliukozės tirpalas tam tikrą laiką buvo mirkomas ritinėlio rėme, po to išimamas ir tokiu pačiu būdu impregnuotas sidabro amoniako tirpalu, kad būtų gautas Ag/PVA/PP audinys. (8a pav.). Gautas Ag/PVA/PP audinys išlaiko puikų antibakterinį aktyvumą net ir paliktas 1 metus. Didelio masto Ag/PVA/PP audinių gamybai gauti gauti PP neaustiniai audiniai buvo impregnuoti nepertraukiamo valcavimo būdu, o po to nuosekliai perleidžiami per PVA/gliukozės tirpalą ir sidabro amoniako tirpalą ir apdorojami dviem būdais. Pridedami vaizdo įrašai. Impregnavimo laikas kontroliuojamas reguliuojant volelio greitį, o adsorbuoto tirpalo kiekis kontroliuojamas reguliuojant atstumą tarp volelių (8b pav.), taip gaunant tikslinį didelio dydžio (50 cm × 80 cm) Ag/PVA/PP neaustinį audinį ir surinkimo volelį. Visas procesas yra paprastas ir efektyvus, o tai palanku didelio masto gamybai.
Didelių matmenų tikslinių gaminių gamybos schema (a) ir Ag/PVA/PP neaustinių medžiagų gamybos valcavimo proceso schema (b).
Sidabro turintys PVA/PP neaustiniai audiniai gaminami naudojant paprastą in situ skystosios fazės nusodinimo technologiją, derinamą su ritininiu būdu. Palyginti su PP audiniu ir PVA/PP audiniu, paruošto Ag/PVA/PP neaustinio audinio mechaninės savybės žymiai pagerėja, nes PVA sandarinimo sluoksnis gali žymiai pagerinti Ag NP sukibimą su PP pluoštais. Be to, PVA įterpimo kiekis ir sidabro NP kiekis Ag/PVA/PP neaustiniame audinyje gali būti gerai kontroliuojami reguliuojant PVA/gliukozės tirpalo ir sidabro amoniako tirpalo koncentracijas. Visų pirma, Ag/PVA/PP neaustinis audinys, pagamintas naudojant 30 mM sidabro amoniako tirpalą, pasižymėjo geriausiomis mechaninėmis savybėmis ir išlaikė puikų antibakterinį aktyvumą prieš E. coli net po 40 skalbimo ciklų, pasižymėdamas geru antibakteriniu poveikiu. PP neaustinė medžiaga. Palyginti su kitais literatūros duomenimis, mūsų gauti audiniai, naudojant paprastesnius metodus, pasižymėjo geresniu atsparumu skalbimui. Be to, gautas Ag/PVA/PP neaustinis audinys pasižymi idealiu drėgmės pralaidumu ir dėvėjimo komfortu, o tai gali palengvinti jo pritaikymą pramonėje.
Pateikite visus šio tyrimo metu gautus arba analizuotus duomenis (ir juos patvirtinančius informacinius failus).
Russell, SM ir kt. Biosensoriai kovai su COVID-19 citokinų audra: iššūkiai ateityje. ACS Sens. 5, 1506–1513 (2020).
Zaeem S, Chong JH, Shankaranarayanan V ir Harkey A. COVID-19 ir daugelio organų atsakas. Dabartinis. Klausimas. Širdis. 45, 100618 (2020).
Zhang R ir kt. 2019 m. Kinijoje užfiksuotų koronaviruso atvejų skaičiaus įverčiai pakoreguoti pagal stadiją ir endeminius regionus. front. medicine. 14, 199–209 (2020).
Gao J. ir kt. Lanksti, superhidrofobinė ir labai laidi neaustinė polipropileno audinio kompozicinė medžiaga, skirta apsaugoti nuo elektromagnetinių trukdžių. Chemical. engineer. J. 364, 493–502 (2019).
Raihan M. ir kt. Daugiafunkcinių poliakrilnitrilo/sidabro nanokompozitinių plėvelių kūrimas: antibakterinis aktyvumas, katalizinis aktyvumas, laidumas, apsauga nuo UV spindulių ir aktyvūs SERS jutikliai. J. Matt. resource. technologies. 9, 9380–9394 (2020).
Dawadi S, Katuwal S, Gupta A, Lamichane U ir Parajuli N. Dabartiniai sidabro nanodalelių tyrimai: sintezė, apibūdinimas ir taikymas. J. Nanomaterials. 2021, 6687290 (2021).
Deng Da, Chen Zhi, Hu Yong, Ma Jian, Tong YDN. Paprastas sidabro pagrindo laidžiojo rašalo paruošimo ir jo užtepimo ant dažniui selektyvių paviršių procesas. Nanotechnology 31, 105705–105705 (2019).
Hao, Y. ir kt. Hiperšakotos polimerų struktūros leidžia naudoti sidabro nanodaleles kaip stabilizatorius lanksčių grandinių rašaliniam spausdinimui. R. Shuker. Chemical. 43, 2797–2803 (2019).
Keller P ir Kawasaki HJML. Laidūs lapo gyslų tinklai, sukurti savaime susijungiant sidabro nanodalelėms, skirti potencialiems pritaikymams lanksčiuose jutikliuose. Matt. Wright. 284, 128937.1–128937.4 (2020).
Li, J. ir kt. Sidabro nanodalelėmis dekoruotos silicio dioksido nanosferos ir matricos kaip potencialūs paviršiumi sustiprintos Ramano sklaidos substratai. ASU Omega 6, 32879–32887 (2021).
Liu, X. ir kt. Didelio masto lankstaus paviršiaus sustiprinto Ramano sklaidos jutiklis (SERS), pasižymintis dideliu signalo stabilumu ir vienodumu. ACS Application Matt. Interfaces 12, 45332–45341 (2020).
Sandeep, KG ir kt. Hierarchinė fulereno nanostrypų, papuoštų sidabro nanodalelėmis (Ag-FNR), heterostruktūra tarnauja kaip efektyvus, nuo vienos dalelės nepriklausomas, SERS substratas. Fizika. Cheminė. Cheminė. Fizika. 27, 18873–18878 (2018).
Emam, HE ir Ahmed, HB. Lyginamasis homometalinių ir heterometalinių agaro pagrindu sukurtų nanostruktūrų tyrimas dažų katalizuojamos degradacijos metu. tarptautiškumas. J. Biol. Large molecules. 138, 450–461 (2019).
Emam, HE, Mikhail, MM, El-Sherbiny, S., Nagy, KS ir Ahmed, HB. Metalų priklausoma nanokatalizė aromatinių teršalų mažinimui. Trečiadienis. Mokslas. Teršti. Ištekliai. Tarptautiniškumas. 27, 6459–6475 (2020).
Ahmed HB ir Emam HE Trigubos šerdies-apvalkalo (Ag-Au-Pd) nanostruktūros, išaugintos iš sėklų kambario temperatūroje, siekiant potencialiai išvalyti vandenį. Polymer. Test. 89, 106720 (2020).
Įrašo laikas: 2023 m. lapkričio 26 d.