Paldies, ka apmeklējāt vietni Nature.com. Jūsu izmantotajai pārlūkprogrammas versijai ir ierobežots CSS atbalsts. Lai iegūtu labākos rezultātus, iesakām izmantot jaunāku pārlūkprogrammas versiju (vai izslēgt saderības režīmu pārlūkprogrammā Internet Explorer). Tikmēr, lai nodrošinātu nepārtrauktu atbalstu, mēs vietni attēlojam bez stila vai JavaScript.
Mūsdienās populārāki ir funkcionālie audumi ar antibakteriālām īpašībām. Tomēr joprojām ir izaicinājums funkcionālu audumu ražošanai ar izturīgu un nemainīgu veiktspēju, ņemot vērā to izmaksas. Polipropilēna (PP) neausto audumu modificēšanai tika izmantots polivinilspirts (PVA), un pēc tam uz vietas tika nogulsnētas sudraba nanodaļiņas (AgNP), lai iegūtu ar PVA modificētu, ar AgNP piesātinātu PP (turpmāk tekstā — AgNP). /PVA/PP) audums. PP šķiedru iekapsulēšana, izmantojot PVA pārklājumu, palīdz ievērojami uzlabot piesātinātu Ag NP saķeri ar PP šķiedrām, un Ag/PVA/PP neaustiem materiāliem ir ievērojami uzlabotas mehāniskās īpašības un izturība pret Escherichia coli (turpmāk tekstā — E. coli). Parasti Ag/PVA/PP neaustiem audumiem, kas ražoti ar 30 mM sudraba amonjaka koncentrāciju, ir labākas mehāniskās īpašības, un antibakteriālās aizsardzības līmenis pret E. coli sasniedz 99,99%. Audums joprojām saglabā lielisku antibakteriālo aktivitāti pēc 40 mazgāšanas reizēm un tam ir potenciāls atkārtotai lietošanai. Turklāt Ag/PVA/PP neaustiem audumiem ir plašas pielietojuma iespējas rūpniecībā, pateicoties to labai gaisa caurlaidībai un mitruma caurlaidībai. Turklāt esam izstrādājuši arī "roll-to-roll" tehnoloģiju un veikuši sākotnēju izpēti, lai pārbaudītu šīs metodes iespējamību.
Padziļinoties ekonomiskajai globalizācijai, liela mēroga iedzīvotāju pārvietošanās ir ievērojami palielinājusi vīrusa pārnešanas iespējamību, kas labi izskaidro, kāpēc jaunajam koronavīrusam ir tik spēcīga spēja izplatīties visā pasaulē un to ir grūti novērst1,2,3. Šajā ziņā ir steidzami jāizstrādā jauni antibakteriāli materiāli, piemēram, polipropilēna (PP) neaustie materiāli, kā medicīniski aizsargmateriāli. Polipropilēna neaustajiem audumiem ir tādas priekšrocības kā zems blīvums, ķīmiskā inertitāte un zemas izmaksas4, taču tiem nav antibakteriālu spēju, īss kalpošanas laiks un zema aizsardzības efektivitāte. Tāpēc ir ļoti svarīgi piešķirt PP neaustajiem materiāliem antibakteriālas īpašības.
Kā sens antibakteriāls līdzeklis sudrabs ir piedzīvojis piecus attīstības posmus: koloidālā sudraba šķīduma, sudraba sulfadiazīna, sudraba sāls, proteīna sudraba un nanosudraba ražošana. Sudraba nanodaļiņas arvien vairāk tiek izmantotas tādās jomās kā medicīna5,6, vadītspēja7,8,9, virsmas pastiprināta Ramana izkliede10,11,12, krāsvielu katalītiskā noārdīšana13,14,15,16 utt. Jo īpaši sudraba nanodaļiņām (AgNP) ir priekšrocības salīdzinājumā ar tradicionālajiem pretmikrobu līdzekļiem, piemēram, metālu sāļiem, kvaternārajiem amonija savienojumiem un triklozānu, pateicoties to nepieciešamajai baktēriju izturībai, stabilitātei, zemajām izmaksām un vides pieņemamībai17,18,19. Turklāt sudraba nanodaļiņas ar lielu īpatnējo virsmu un augstu antibakteriālo aktivitāti var piestiprināt pie vilnas audumiem20, kokvilnas audumiem21,22, poliestera audumiem un citiem audumiem, lai panāktu kontrolētu, ilgstošu antibakteriālo sudraba daļiņu izdalīšanos23,24. Tas nozīmē, ka, iekapsulējot AgNP, ir iespējams izveidot PP audumus ar antibakteriālu aktivitāti. Tomēr PP neaustiem materiāliem trūkst funkcionālo grupu un tiem ir zema polaritāte, kas neveicina AgNP iekapsulēšanu. Lai pārvarētu šo trūkumu, daži pētnieki ir mēģinājuši nogulsnēt Ag nanodaļiņas uz PP audumu virsmas, izmantojot dažādas modifikācijas metodes, tostarp plazmas izsmidzināšanu26,27, starojuma potēšanu28,29,30,31 un virsmas pārklāšanu32. Piemēram, Goli et al. [33] ieviesa proteīna pārklājumu uz PP neaustā auduma virsmas, aminoskābes proteīna slāņa perifērijā var kalpot kā enkura punkti AgNP saistīšanai, tādējādi panākot labas antibakteriālas īpašības. Li un līdzstrādnieki34 atklāja, ka N-izopropilakrilamīds un N-(3-aminopropil)metakrilamīda hidrohlorīds, kas kopā potēti ar ultravioletā (UV) kodināšanu, uzrāda spēcīgu antibakteriālu aktivitāti, lai gan UV kodināšanas process ir sarežģīts un var pasliktināt šķiedru mehāniskās īpašības. Oliani et al. sagatavoja Ag NPs-PP gēla plēves ar izcilu antibakteriālu aktivitāti, iepriekš apstrādājot tīru PP ar gamma starojumu; tomēr arī viņu metode bija sarežģīta. Tādējādi joprojām ir izaicinājums efektīvi un vienkārši ražot pārstrādājamus polipropilēna neaustos audumus ar vēlamo antibakteriālo aktivitāti.
Šajā pētījumā polipropilēna audumu modifikācijai tiek izmantots polivinilspirts — videi draudzīgs un lēts membrānas materiāls ar labām plēves veidošanas spējām, augstu hidrofilitāti un izcilu fizikālo un ķīmisko stabilitāti. Kā reducētāju izmanto glikozi36. Modificētā PP virsmas enerģijas palielināšanās veicina AgNP selektīvu nogulsnēšanos. Salīdzinot ar tīru PP audumu, sagatavotajam Ag/PVA/PP audumam bija laba pārstrādājamība, lieliska antibakteriāla aktivitāte pret E. coli, labas mehāniskās īpašības pat pēc 40 mazgāšanas cikliem, kā arī ievērojama elpojamība, dzimumu un mitruma caurlaidība.
PP neausto audumu ar īpatnējo svaru 25 g/m2 un biezumu 0,18 mm piegādāja Jiyuan Kang'an Sanitary Materials Co., Ltd. (Džijuaņa, Ķīna), un tas tika sagriezts 5 × 5 cm2 loksnēs. Sudraba nitrāts (99,8%; AR) tika iegādāts no Xilong Scientific Co., Ltd. (Šantou, Ķīna). Glikoze tika iegādāta no Fuzhou Neptune Fuyao Pharmaceutical Co., Ltd. (Fudžou, Ķīna). Polivinilspirts (rūpnieciskās kvalitātes reaģents) tika iegādāts no Tianjin Sitong Chemical Factory (Tjaņdzjiņa, Ķīna). Kā šķīdinātājs vai skalošanas līdzeklis tika izmantots dejonizēts ūdens, un tas tika sagatavots mūsu laboratorijā. Barības agars un buljons tika iegādāti no Beijing Aoboxing Biotechnology Co., Ltd. (Pekina, Ķīna). E. coli celms (ATCC 25922) tika iegādāts no Zhangzhou Bochuang Company (Džandžou, Ķīna).
Iegūto PP audu 15 minūtes mazgāja ar ultraskaņu etanolā. Iegūto PVA pievienoja ūdenim un 2 stundas karsēja 95°C temperatūrā, lai iegūtu ūdens šķīdumu. Pēc tam glikozi izšķīdināja 10 ml PVA šķīduma ar masas daļu 0,1%, 0,5%, 1,0% un 1,5%. Attīrīto polipropilēna neausto audumu iegremdēja PVA/glikozes šķīdumā un 1 stundu karsēja 60°C temperatūrā. Pēc karsēšanas pabeigšanas ar PP piesūcināto neausto audumu izņēma no PVA/glikozes šķīduma un žāvēja 0,5 stundas 60°C temperatūrā, lai uz auduma virsmas izveidotu PVA plēvi, tādējādi iegūstot PVA/PP kompozītmateriālu.
Sudraba nitrātu izšķīdina 10 ml ūdens, nepārtraukti maisot istabas temperatūrā, un pa pilienam pievieno amonjaku, līdz šķīdums mainās no dzidra uz brūnu un atkal dzidru, lai iegūtu sudraba amonjaka šķīdumu (5–90 mM). PVA/PP neausto audumu ievieto sudraba amonjaka šķīdumā un karsē to 60 °C temperatūrā 1 stundu, lai uz auduma virsmas veidotos Ag nanodaļiņas, pēc tam trīs reizes noskalo ar ūdeni un žāvē 60 °C temperatūrā 0,5 stundas, lai iegūtu Ag/PVA/PP kompozītmateriāla audumu.
Pēc iepriekšējiem eksperimentiem laboratorijā uzbūvējām ruļļu ražošanas iekārtu kompozītmateriālu ražošanai lielos apjomos. Rullīši ir izgatavoti no PTFE, lai izvairītos no nevēlamām reakcijām un piesārņojuma. Šī procesa laikā impregnēšanas laiku un adsorbētā šķīduma daudzumu var kontrolēt, regulējot ruļļu ātrumu un attālumu starp tiem, lai iegūtu vēlamo Ag/PVA/PP kompozītmateriālu audumu.
Audu virsmas morfoloģija tika pētīta, izmantojot VEGA3 skenējošo elektronu mikroskopu (SEM; Japan Electronics, Japāna) ar paātrinājuma spriegumu 5 kV. Sudraba nanodaļiņu kristāliskā struktūra tika analizēta ar rentgenstaru difrakciju (XRD; Bruker, D8 Advanced, Vācija; Cu Kα starojums, λ = 0,15418 nm; spriegums: 40 kV, strāva: 40 mA) diapazonā no 10 līdz 80°. 2θ. Virsmas modificēta polipropilēna auduma ķīmisko īpašību analīzei tika izmantots Furjē transformācijas infrasarkanais spektrometrs (ATR-FTIR; Nicolet 170sx, Thermo Fisher Scientific Incorporation). Ag/PVA/PP kompozītmateriālu audumu PVA modifikatora saturs tika mērīts ar termogravimetrisko analīzi (TGA; Mettler Toledo, Šveice) slāpekļa plūsmā. Ag/PVA/PP kompozītmateriālu audumu sudraba satura noteikšanai tika izmantota induktīvi saistīta plazmas masas spektrometrija (ICP-MS, ELAN DRC II, Perkin-Elmer (Hong Kong) Co., Ltd.).
Ag/PVA/PP kompozītmateriāla auduma (specifikācija: 78 × 50 cm2) gaisa caurlaidību un ūdens tvaiku caurlaidības ātrumu izmērīja trešās puses testēšanas aģentūra (Tianfangbiao Standardization Certification and Testing Co., Ltd.) saskaņā ar GB/T. 5453-1997 un GB/T 12704.2-2009. Katram paraugam testēšanai tika atlasīti desmit dažādi punkti, un aģentūras sniegtie dati ir desmit punktu vidējais rādītājs.
Ag/PVA/PP kompozītmateriāla auduma antibakteriālā aktivitāte tika mērīta saskaņā ar Ķīnas standartiem GB/T 20944.1-2007 un GB/T 20944.3-, izmantojot attiecīgi agara plāksnes difūzijas metodi (kvalitatīvā analīze) un kratāmās kolbas metodi (kvantitatīvā analīze). Ag/PVA/PP kompozītmateriāla auduma antibakteriālā aktivitāte pret Escherichia coli tika noteikta dažādos mazgāšanas laikos. Agara plāksnes difūzijas metodei testa Ag/PVA/PP kompozītmateriāla audums tiek caurdurts diskā (diametrs: 8 mm), izmantojot caurduri, un piestiprināts agara Petri trauciņā, kas inokulēts ar Escherichia coli (ATCC 25922). ; 3,4 × 108 CFU ml-1), un pēc tam inkubēts 37°C temperatūrā un 56% relatīvajā mitrumā aptuveni 24 stundas. Inhibīcijas zona tika analizēta vertikāli no diska centra līdz apkārtējo koloniju iekšējai malai. Izmantojot kratīšanas kolbas metodi, no testētā Ag/PVA/PP kompozīta auduma tika sagatavota 2 × 2 cm2 plakana plāksne un autoklāvēta buljona vidē 121°C temperatūrā un 0,1 MPa spiedienā 30 minūtes. Pēc autoklāvēšanas paraugs tika iegremdēts 5 ml Erlenmeijera kolbā, kas saturēja 70 ml buljona kultūras šķīduma (suspensijas koncentrācija 1 × 105–4 × 105 CFU/ml), un pēc tam inkubēts svārstīgā temperatūrā 150 °C apgr./min un 25°C temperatūrā 18 stundas. Pēc kratīšanas savāc noteiktu daudzumu baktēriju suspensijas un atšķaida to desmitkārtīgi. Savāc nepieciešamo atšķaidītās baktēriju suspensijas daudzumu, izklāj to uz agara barotnes un kultivē 37°C temperatūrā un 56% relatīvajā mitrumā 24 stundas. Antibakteriālās efektivitātes aprēķināšanas formula ir: \(\frac{\mathrm{C}-\mathrm{A}}{\mathrm{C}}\cdot 100\%\), kur C un A ir attiecīgi koloniju skaits pēc 24 stundām. Kultivēts kontroles grupā un Ag/PVA/PP kompozīta audos.
Ag/PVA/PP kompozītmateriālu audumu izturība tika novērtēta, mazgājot saskaņā ar ISO 105-C10:2006.1A. Mazgāšanas laikā testējamo Ag/PVA/PP kompozītmateriālu audumu (30x40mm2) iegremdēja ūdens šķīdumā, kas satur komerciālu mazgāšanas līdzekli (5,0 g/l), un mazgāja to ar ātrumu 40±2 apgr./min un 40±5 apgr./min lielā ātrumā. °C 10, 20, 30, 40 un 50 cikli. Pēc mazgāšanas audumu trīs reizes skaloja ar ūdeni un žāvēja 50–60°C temperatūrā 30 minūtes. Lai noteiktu antibakteriālās aktivitātes pakāpi, tika mērītas sudraba satura izmaiņas pēc mazgāšanas.
1. attēlā parādīta Ag/PVA/PP kompozītmateriāla auduma izgatavošanas shematiska diagramma. Tas nozīmē, ka PP neaustais materiāls tiek iegremdēts PVA un glikozes maisījumā. Ar PP piesūcinātais neaustais materiāls tiek žāvēts, lai fiksētu modifikatoru un reducētāju un izveidotu blīvēšanas slāni. Žāvēto polipropilēna neausto audumu iegremdē sudraba amonjaka šķīdumā, lai uzklātu sudraba nanodaļiņas uz vietas. Modifikatora koncentrācija, glikozes un sudraba amonjaka molārā attiecība, sudraba amonjaka koncentrācija un reakcijas temperatūra ietekmē Ag NP nogulsnēšanos. 2.a attēlā parādīta Ag/PVA/PP auduma ūdens saskares leņķa atkarība no modifikatora koncentrācijas. Kad modifikatora koncentrācija palielinās no 0,5 masas % līdz 1,0 masas %, Ag/PVA/PP auduma saskares leņķis ievērojami samazinās; kad modifikatora koncentrācija palielinās no 1,0 masas % līdz 2,0 masas %, tā praktiski nemainās. 2.b attēlā redzami tīru PP šķiedru un Ag/PVA/PP audumu SEM attēli, kas sagatavoti ar 50 mM sudraba amonjaka koncentrāciju un dažādām glikozes un sudraba amonjaka molārajām attiecībām (1:1, 3:1, 5:1 un 9:1). . attēls. ). Iegūtā PP šķiedra ir relatīvi gluda. Pēc iekapsulēšanas ar PVA plēvi dažas šķiedras ir salīmētas kopā; sudraba nanodaļiņu nogulsnēšanās dēļ šķiedras kļūst relatīvi raupjas. Palielinoties reducētāja un glikozes molārajai attiecībai, nogulsnētais Ag NP slānis pakāpeniski sabiezē, un, palielinoties molārajai attiecībai līdz 5:1 un 9:1, Ag NP mēdz veidot agregātus. PP šķiedras makroskopiskie un mikroskopiskie attēli kļūst vienmērīgāki, īpaši, ja reducētāja un glikozes molārā attiecība ir 5:1. Atbilstošo paraugu digitālās fotogrāfijas, kas iegūtas ar 50 mM sudraba amonjaka koncentrāciju, ir parādītas S1 attēlā.
Ag/PVA/PP auduma ūdens saskares leņķa izmaiņas dažādās PVA koncentrācijās (a), Ag/PVA/PP auduma SEM attēli, kas iegūti ar sudraba amonjaka koncentrāciju 50 mM un dažādām glikozes un sudraba amonjaka molārajām attiecībām [(b))); (1) PP šķiedra, (2) PVA/PP šķiedra, (3) molārā attiecība 1:1, (4) molārā attiecība 3:1, (5) molārā attiecība 5:1, (6) molārā attiecība 9:1], Ag/PVA/PP auduma rentgenstaru difrakcijas modelis (c) un SEM attēls (d), kas iegūts ar sudraba amonjaka koncentrācijām: (1) 5 mM, (2) 10 mM, (3) 30 mM, (4) 50 mM, (5) 90 mM un (6) Ag/PP-30 mM. Reakcijas temperatūra ir 60°C.
2.c attēlā redzams iegūtā Ag/PVA/PP auduma rentgenstaru difrakcijas attēls. Papildus PP šķiedras 37 difrakcijas maksimumam četri difrakcijas maksimumi pie 2θ = ~ 37,8°, 44,2°, 64,1° un 77,3° atbilst (1 1 1), (2 0 0), (2 2 0) un kristāla plaknei (3 1 1) kubiskām, uz virsmu centrētām sudraba nanodaļiņām. Palielinoties sudraba amonjaka koncentrācijai no 5 līdz 90 mM, Ag XRD attēli kļūst asāki, kas atbilst sekojošam kristāliskuma pieaugumam. Saskaņā ar Šerrera formulu, Ag nanodaļiņu graudu izmēri, kas sagatavoti ar 10 mM, 30 mM un 50 mM sudraba amonjaku, tika aprēķināti attiecīgi kā 21,3 nm, 23,3 nm un 26,5 nm. Tas ir tāpēc, ka sudraba amonjaka koncentrācija ir redukcijas reakcijas virzītājspēks, veidojot metālisku sudrabu. Palielinoties sudraba amonjaka koncentrācijai, palielinās Ag NP veidošanās un augšanas ātrums. 2.d attēlā parādīti Ag/PVA/PP audumu SEM attēli, kas iegūti dažādās Ag amonjaka koncentrācijās. Pie sudraba amonjaka koncentrācijas 30 mM nogulsnētais Ag NP slānis ir relatīvi homogēns. Tomēr, ja sudraba amonjaka koncentrācija ir pārāk augsta, Ag NP nogulsnēšanās slāņa vienmērīgums mēdz samazināties, kas var būt saistīts ar spēcīgu aglomerāciju Ag NP nogulsnēšanās slānī. Turklāt sudraba nanodaļiņām uz virsmas ir divas formas: sfēriskas un zvīņainas. Sfērisko daļiņu izmērs ir aptuveni 20–80 nm, bet lamelāro sānu izmēru – aptuveni 100–300 nm (S2. attēls). Ag nanodaļiņu nogulsnēšanās slānis uz nemodificēta PP auduma virsmas ir nevienmērīgs. Turklāt temperatūras paaugstināšana veicina Ag NP reducēšanos (S3. attēls), bet pārāk augsta reakcijas temperatūra neveicina Ag NP selektīvu nogulsnēšanos.
3.a attēlā shematiski attēlota saistība starp sudraba amonjaka koncentrāciju, nogulsnētā sudraba daudzumu un sagatavotā Ag/PVA/PP auduma antibakteriālo aktivitāti. 3.b attēlā parādīti paraugu antibakteriālie modeļi dažādās sudraba amonjaka koncentrācijās, kas var tieši atspoguļot paraugu antibakteriālo statusu. Kad sudraba amonjaka koncentrācija palielinājās no 5 mM līdz 90 mM, sudraba nogulšņu daudzums palielinājās no 13,67 g/kg līdz 481,81 g/kg. Turklāt, palielinoties sudraba nogulšņu daudzumam, antibakteriālā aktivitāte pret E. coli sākotnēji palielinās un pēc tam saglabājas augstā līmenī. Konkrēti, kad sudraba amonjaka koncentrācija ir 30 mM, sudraba nogulsnēšanās daudzums iegūtajā Ag/PVA/PP audumā ir 67,62 g/kg, un antibakteriālais līmenis ir 99,99%, un šis paraugs tiek izvēlēts kā reprezentatīvs turpmākajai strukturālajai raksturošanai.
(a) Sakarība starp antibakteriālās aktivitātes līmeni un uzklātā Ag slāņa daudzumu, kā arī sudraba amonjaka koncentrāciju; (b) Ar digitālo kameru uzņemtas baktēriju kultivēšanas plākšņu fotogrāfijas, kurās redzami tukši paraugi un paraugi, kas sagatavoti, izmantojot 5 mM, 10 mM, 30 mM, 50 mM un 90 mM sudraba amonjaku. Ag/PVA/PP auduma antibakteriālā aktivitāte pret Escherichia coli
4.a attēlā parādīti PP, PVA/PP, Ag/PP un Ag/PVA/PP FTIR/ATR spektri. Tīras PP šķiedras absorbcijas joslas pie 2950 cm-1 un 2916 cm-1 rodas –CH3 un –CH2- grupu asimetriskās stiepšanās vibrācijas dēļ, un pie 2867 cm-1 un 2837 cm-1 tās rodas –CH3 un –CH2 grupu –, –CH3 un –CH2– simetriskās stiepšanās vibrācijas dēļ. Absorbcijas joslas pie 1375 cm-1 un 1456 cm-1 tiek attiecinātas uz –CH338,39 asimetriskām un simetriskām nobīdes vibrācijām. Ag/PP šķiedras FTIR spektrs ir līdzīgs PP šķiedras spektram. Papildus PP absorbcijas joslai PVA/PP un Ag/PVA/PP audumu jaunais absorbcijas maksimums pie 3360 cm-1 tiek attiecināts uz –OH grupas ūdeņraža saites stiepšanos. Tas parāda, ka PVA ir veiksmīgi uzklāts uz polipropilēna šķiedras virsmas. Turklāt Ag/PVA/PP auduma hidroksilabsorbcijas maksimums ir nedaudz vājāks nekā PVA/PP audumam, kas var būt saistīts ar dažu hidroksilgrupu koordināciju ar sudrabu.
Tīra PP, PVA/PP auduma un Ag/PVA/PP auduma FT-IR spektrs (a), TGA līkne (b) un XPS mērījumu spektrs (c), kā arī tīra PP (d), PVA/PP PP auduma (e) C 1s spektrs un Ag/PVA/PP auduma Ag 3d maksimums (f).
4.c attēlā parādīti PP, PVA/PP un Ag/PVA/PP audumu XPS spektri. Tīras polipropilēna šķiedras vājo O 1s signālu var attiecināt uz skābekļa elementu, kas adsorbēts uz virsmas; C 1s maksimumu pie 284,6 eV var attiecināt uz CH un CC (sk. 4.d attēlu). Salīdzinot ar tīru PP šķiedru, PVA/PP audums (4.e attēls) uzrāda augstu veiktspēju pie 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) un 288,5 eV (H–C=O)38. Turklāt PVA/PP auduma O 1s spektru var tuvināti attēlot ar diviem maksimumiem pie 532,3 eV un 533,2 eV41 (S4. att.), šie C 1s maksimumi atbilst C–OH un H–C=O (PVA hidroksilgrupām un aldehīda glikozes grupai), kas atbilst FTIR datiem. Ag/PVA/PP neaustais audums saglabā C-OH (532,3 eV) un HC=O (533,2 eV) O 1s spektru (S5. att.), kas sastāv no 65,81% (atomu procenti) C, 22,89% O un 11,31% Ag (S4. att.). Jo īpaši Ag 3d5/2 un Ag 3d3/2 maksimumi pie 368,2 eV un 374,2 eV (4.f att.) vēl vairāk pierāda, ka Ag NP ir leģētas uz PVA/PP42 neaustā auduma virsmas.
Tīra PP, Ag/PP auduma un Ag/PVA/PP auduma TGA līknes (4.b att.) rāda, ka tie ir pakļauti līdzīgiem termiskās sadalīšanās procesiem, un Ag NP nogulsnēšanās nedaudz palielina PP šķiedru PVA/PP šķiedru termiskās sadalīšanās temperatūru (no 480 °C (PP šķiedras) līdz 495 °C), iespējams, Ag barjeras veidošanās dēļ43. Tajā pašā laikā tīru PP, Ag/PP, Ag/PVA/PP, Ag/PVA/PP-W50 un Ag/PP-W50 paraugu atlikumu daudzums pēc karsēšanas 800 °C temperatūrā bija 1,32%, 16,26% un 13,86%. % attiecīgi 9,88% un 2,12% (šeit sufikss W50 attiecas uz 50 mazgāšanas cikliem). Atlikušo tīro PP daudzumu veido piemaisījumi, bet atlikušo paraugu daļu – Ag NP, un atšķirībai ar sudrabu pildīto paraugu atlikušā daudzuma ziņā vajadzētu būt saistītai ar atšķirīgu uz tiem pildīto sudraba nanodaļiņu daudzumu. Turklāt pēc Ag/PP auduma mazgāšanas 50 reizes atlikušā sudraba saturs samazinājās par 94,65%, un Ag/PVA/PP auduma atlikušā sudraba saturs samazinājās par aptuveni 31,74%. Tas liecina, ka PVA iekapsulējošais pārklājums var efektīvi uzlabot AgNP saķeri ar PP matricu.
Lai novērtētu valkāšanas komfortu, tika mērīta sagatavotā polipropilēna auduma gaisa caurlaidība un ūdens tvaiku caurlaidības ātrums. Vispārīgi runājot, elpojamība ir saistīta ar lietotāja termisko komfortu, īpaši karstā un mitrā vidē44. Kā parādīts 5.a attēlā, tīra PP gaisa caurlaidība ir 2050 mm/s, un pēc PVA modifikācijas tā samazinās līdz 856 mm/s. Tas ir tāpēc, ka PVA plēve, kas izveidojusies uz PP šķiedras un austās daļas virsmas, palīdz samazināt spraugas starp šķiedrām. Pēc Ag NP uzklāšanas PP auduma gaisa caurlaidība palielinās PVA pārklājuma patēriņa dēļ, uzklājot Ag NP. Turklāt Ag/PVA/PP audumu elpojamība mēdz samazināties, palielinoties sudraba amonjaka koncentrācijai no 10 līdz 50 mmol. Tas var būt saistīts ar faktu, ka sudraba nogulšņu biezums palielinās, palielinoties sudraba amonjaka koncentrācijai, kas palīdz samazināt poru skaitu un ūdens tvaiku caurplūdes iespējamību.
(a) Ag/PVA/PP audumu, kas sagatavoti ar dažādām sudraba amonjaka koncentrācijām, gaisa caurlaidība; (b) Ag/PVA/PP audumu, kas sagatavoti ar dažādām sudraba amonjaka koncentrācijām, ūdens tvaiku caurlaidība; (c) Dažādu modifikatoru Ag auduma/PVA/PP stiepes līkne, kas iegūta dažādās koncentrācijās; (d) Ag/PVA/PP auduma stiepes līkne, kas iegūta dažādās sudraba amonjaka koncentrācijās (parādīts arī Ag/PVA/PP audums, kas iegūts ar 30 mM sudraba amonjaka koncentrāciju) (Salīdziniet PP audumu stiepes līknes pēc 40 mazgāšanas cikliem).
Ūdens tvaiku caurlaidības ātrums ir vēl viens svarīgs auduma termiskā komforta rādītājs45. Izrādās, ka audumu mitruma caurlaidību galvenokārt ietekmē elpojamība un virsmas īpašības. Tas ir, gaisa caurlaidība galvenokārt ir atkarīga no poru skaita; virsmas īpašības ietekmē hidrofilo grupu mitruma caurlaidību, izmantojot ūdens molekulu adsorbciju-difūziju-desorbciju. Kā parādīts 5.b attēlā, tīras PP šķiedras mitruma caurlaidība ir 4810 g/(m2·24h). Pēc blīvēšanas ar PVA pārklājumu PP šķiedras caurumu skaits samazinās, bet PVA/PP auduma mitruma caurlaidība palielinās līdz 5070 g/(m2·24h), jo tā mitruma caurlaidību galvenokārt nosaka virsmas īpašības, nevis poras. Pēc AgNP nogulsnēšanas Ag/PVA/PP auduma mitruma caurlaidība vēl vairāk palielinājās. Jo īpaši Ag/PVA/PP auduma maksimālā mitruma caurlaidība, kas iegūta pie sudraba amonjaka koncentrācijas 30 mM, ir 10300 g/(m2·24h). Vienlaikus atšķirīga Ag/PVA/PP audumu mitruma caurlaidība, kas iegūta dažādās sudraba amonjaka koncentrācijās, var būt saistīta ar atšķirībām sudraba nogulsnējuma slāņa biezumā un tā poru skaitā.
Audumu mehāniskās īpašības būtiski ietekmē to kalpošanas laiku, īpaši kā pārstrādājamiem materiāliem46. 5.c attēlā redzama Ag/PVA/PP auduma stiepes sprieguma līkne. Tīra PP stiepes izturība ir tikai 2,23 MPa, savukārt 1 svara % PVA/PP auduma stiepes izturība ir ievērojami palielināta līdz 4,56 MPa, kas norāda, ka PVA PP auduma iekapsulēšana palīdz ievērojami uzlabot tā mehāniskās īpašības. PVA/PP auduma stiepes izturība un pagarinājums pārraušanas brīdī palielinās, palielinoties PVA modifikatora koncentrācijai, jo PVA plēve var pārvarēt spriegumu un stiprināt PP šķiedru. Tomēr, kad modifikatora koncentrācija palielinās līdz 1,5 svara %, lipīgais PVA padara polipropilēna audumu stingru, kas nopietni ietekmē valkāšanas komfortu.
Salīdzinot ar tīru PP un PVA/PP audumiem, Ag/PVA/PP audumu stiepes izturība un pagarinājums pārraušanas brīdī ir vēl vairāk uzlabots, jo Ag nanodaļiņas, kas vienmērīgi sadalītas pa PP šķiedru virsmu, var sadalīt slodzi47,48. Var redzēt, ka Ag/PP šķiedras stiepes izturība ir augstāka nekā tīram PP, sasniedzot 3,36 MPa (5.d att.), kas apstiprina Ag NP spēcīgo un stiprinošo efektu. Jo īpaši Ag/PVA/PP audums, kas ražots ar sudraba amonjaka koncentrāciju 30 mM (nevis 50 mM), uzrāda maksimālu stiepes izturību un pagarinājumu pārraušanas brīdī, kas joprojām ir saistīts ar Ag NP vienmērīgu nogulsnēšanos, kā arī vienmērīgu nogulsnēšanos. Sudraba NP agregācija augstas sudraba amonjaka koncentrācijas apstākļos. Turklāt pēc 40 mazgāšanas cikliem Ag/PVA/PP auduma, kas sagatavots ar 30 mM sudraba amonjaka koncentrāciju, stiepes izturība un pagarinājums pārraušanas brīdī samazinājās attiecīgi par 32,7% un 26,8% (5.d att.), kas var būt saistīts ar nelielu pēc tam nogulsnēto sudraba nanodaļiņu zudumu.
6.a un 6.b attēlā redzamas Ag/PVA/PP auduma un Ag/PP auduma digitālās kameras fotogrāfijas pēc mazgāšanas 0, 10, 20, 30, 40 un 50 cikliem ar 30 mM sudraba amonjaka koncentrāciju. Tumši pelēks Ag/PVA/PP audums un Ag/PP audums pēc mazgāšanas pakāpeniski kļūst gaiši pelēks; un krāsas maiņa pirmajā mazgāšanas laikā nešķiet tik būtiska kā otrajā. Turklāt, salīdzinot ar Ag/PP audumu, Ag/PVA/PP auduma sudraba saturs pēc mazgāšanas samazinājās relatīvi lēni; pēc 20 vai vairāk mazgāšanas reizēm pirmajā saglabājās augstāks sudraba saturs nekā otrajā (6.c attēls). Tas norāda, ka PP šķiedru iekapsulēšana ar PVA pārklājumu var ievērojami uzlabot Ag NP saķeri ar PP šķiedrām. 6.d attēlā redzami Ag/PVA/PP auduma un Ag/PP auduma SEM attēli pēc mazgāšanas 10, 40 un 50 cikliem. Ag/PVA/PP audumi mazgāšanas laikā zaudē mazāk Ag NP nekā Ag/PP audumi, atkal tāpēc, ka PVA iekapsulējošais pārklājums palīdz uzlabot Ag NP saķeri ar PP šķiedrām.
(a) Ag/PP auduma fotogrāfijas, kas uzņemtas ar digitālo kameru (uzņemtas ar 30 mM sudraba amonjaka koncentrāciju) pēc mazgāšanas 0, 10, 20, 30, 40 un 50 cikliem (1–6); (b) Ag/PVA/PP audumu fotogrāfijas, kas uzņemtas ar digitālo kameru (uzņemtas ar 30 mM sudraba amonjaka koncentrāciju) pēc mazgāšanas 0, 10, 20, 30, 40 un 50 cikliem (1–6); (c) Sudraba satura izmaiņas abos audumos dažādos mazgāšanas ciklos; (d) Ag/PVA/PP auduma (1–3) un Ag/PP auduma (4–6) SEM attēli pēc 10, 40 un 50 mazgāšanas cikliem.
7. attēlā redzama Ag/PVA/PP audumu antibakteriālā aktivitāte un digitālās kameras fotogrāfijas pret E. coli pēc 10, 20, 30 un 40 mazgāšanas cikliem. Pēc 10 un 20 mazgāšanas reizēm Ag/PVA/PP audumu antibakteriālā veiktspēja saglabājās attiecīgi 99,99% un 99,93% līmenī, kas liecina par izcilu antibakteriālo aktivitāti. Ag/PVA/PP auduma antibakteriālais līmenis nedaudz samazinājās pēc 30 un 40 mazgāšanas reizēm, kas bija saistīts ar AgNP zudumu pēc ilgstošas mazgāšanas. Tomēr Ag/PP auduma antibakteriālais līmenis pēc 40 mazgāšanas reizēm ir tikai 80,16%. Ir acīmredzams, ka Ag/PP auduma antibakteriālā iedarbība pēc 40 mazgāšanas cikliem ir daudz mazāka nekā Ag/PVA/PP audumam.
(a) Antibakteriālās aktivitātes līmenis pret E. coli. (b) Salīdzinājumam ir parādītas arī Ag/PVA/PP auduma fotogrāfijas, kas uzņemtas ar digitālo kameru pēc Ag/PP auduma mazgāšanas 30 mM sudraba amonjaka koncentrācijā 10, 20, 30, 40 un 40 ciklos.
8. attēlā shematiski parādīta liela mēroga Ag/PVA/PP auduma izgatavošana, izmantojot divpakāpju ruļļa-ruļļa metodi. Tas nozīmē, ka PVA/glikozes šķīdums noteiktu laiku tika iemērcēts ruļļa rāmī, pēc tam izņemts un tādā pašā veidā piesūcināts ar sudraba amonjaka šķīdumu, lai iegūtu Ag/PVA/PP audumu. (8.a att.). Iegūtais Ag/PVA/PP audums joprojām saglabā lielisku antibakteriālo aktivitāti pat tad, ja to atstāj uz 1 gadu. Ag/PVA/PP audumu liela mēroga ražošanai iegūtie PP neaustie audumi tika piesūcināti nepārtrauktā ruļļa procesā un pēc tam secīgi izvadīti caur PVA/glikozes šķīdumu un sudraba amonjaka šķīdumu un apstrādāti ar divām metodēm. Pievienotie video. Piesūcināšanas laiku kontrolē, regulējot veltņa ātrumu, un adsorbētā šķīduma daudzumu kontrolē, regulējot attālumu starp veltņiem (8.b att.), tādējādi iegūstot mērķa liela izmēra (50 cm × 80 cm) Ag/PVA/PP neausto audumu un savākšanas veltni. Viss process ir vienkāršs un efektīvs, kas veicina liela mēroga ražošanu.
Liela izmēra mērķa produktu ražošanas shematiska diagramma (a) un Ag/PVA/PP neausto materiālu ražošanas ruļļu procesa shematiska diagramma (b).
Sudrabu saturoši PVA/PP neaustie materiāli tiek ražoti, izmantojot vienkāršu in-situ šķidrfāzes uzklāšanas tehnoloģiju, kas apvienota ar ruļļa-ruļļa metodi. Salīdzinot ar PP audumu un PVA/PP audumu, sagatavotā Ag/PVA/PP neaustā auduma mehāniskās īpašības ir ievērojami uzlabotas, jo PVA blīvējuma slānis var ievērojami uzlabot Ag NP saķeri ar PP šķiedrām. Turklāt PVA iekraušanas daudzumu un sudraba NP saturu Ag/PVA/PP neaustajā audumā var labi kontrolēt, pielāgojot PVA/glikozes šķīduma un sudraba amonjaka šķīduma koncentrācijas. Jo īpaši Ag/PVA/PP neaustais audums, kas sagatavots, izmantojot 30 mM sudraba amonjaka šķīdumu, uzrādīja labākās mehāniskās īpašības un saglabāja izcilu antibakteriālu aktivitāti pret E. coli pat pēc 40 mazgāšanas cikliem, uzrādot labu pretapaugšanas potenciālu. PP neaustais materiāls. Salīdzinot ar citiem literatūras datiem, audumi, ko ieguvām, izmantojot vienkāršākas metodes, uzrādīja labāku izturību pret mazgāšanu. Turklāt iegūtajam Ag/PVA/PP neaustajam audumam ir ideāla mitruma caurlaidība un valkāšanas komforts, kas var atvieglot tā izmantošanu rūpnieciskos pielietojumos.
Iekļaujiet visus šī pētījuma laikā iegūtos vai analizētos datus (un to pamatojošo informācijas failu saturu).
Rasels, SM u.c. Biosensori cīņai pret COVID-19 citokīnu vētru: gaidāmie izaicinājumi. ACS Sens. 5, 1506–1513 (2020).
Zaeem S, Chong JH, Shankaranarayanan V un Harkey A. COVID-19 un daudzu orgānu atbildes reakcija. pašreizējais. jautājums. sirds. 45, 100618 (2020).
Džans R. u. c. Koronavīrusa gadījumu skaita aplēses Ķīnā 2019. gadā ir koriģētas atbilstoši stadijai un endēmiskajiem reģioniem. front. medicine. 14, 199–209 (2020).
Gao J. et al. Elastīgs, superhidrofobisks un ļoti vadošs neausta polipropilēna auduma kompozītmateriāls elektromagnētisko traucējumu aizsardzībai. Chemical. engineer. J. 364, 493–502 (2019).
Raihan M. et al. Daudzfunkcionālu poliakrilnitrila/sudraba nanokompozīta plēvju izstrāde: antibakteriāla aktivitāte, katalītiskā aktivitāte, vadītspēja, UV aizsardzība un aktīvi SERS sensori. J. Matt. resource. technologies. 9, 9380–9394 (2020).
Dawadi S., Katuwal S., Gupta A., Lamichane U. un Parajuli N. Pašreizējie pētījumi par sudraba nanodaļiņām: sintēze, raksturojums un pielietojums. J. Nanomaterials. 2021, 6687290 (2021).
Dengs Da, Čens Dži, Hu Jons, Ma Dzjans, Tongs JDN. Vienkāršs process uz sudraba bāzes veidotas vadošas tintes sagatavošanai un uzklāšanai uz frekvenču ziņā selektīvām virsmām. Nanotechnology 31, 105705–105705 (2019).
Hao, Y. et al. Hiperzarotie polimēri ļauj izmantot sudraba nanodaļiņas kā stabilizatorus elastīgu shēmu tintes drukāšanai. R. Shuker. Chemical. 43, 2797–2803 (2019).
Keller P. un Kawasaki HJML. Vadītspējīgi lapu vēnu tīkli, kas iegūti, pašsalikjoties sudraba nanodaļiņām, potenciāliem pielietojumiem elastīgos sensoros. Matt. Wright. 284, 128937.1–128937.4 (2020).
Li, J. u.c. Sudraba nanodaļiņām dekorētas silīcija nanosfēras un masīvi kā potenciāli substrāti virsmas pastiprinātai Ramana izkliedei. ASU Omega 6, 32879–32887 (2021).
Liu, X. u.c. Liela mēroga elastīgas virsmas pastiprināts Ramana izkliedes sensors (SERS) ar augstu signāla stabilitāti un vienmērīgumu. ACS Application Matt. Interfaces 12, 45332–45341 (2020).
Sandeep, KG et al. Ar sudraba nanodaļiņām (Ag-FNR) dekorētu fullerēna nanodaļiņu hierarhiska heterostruktūra kalpo kā efektīvs, no vienas daļiņas neatkarīgs SERS substrāts. Fizika. Ķīmija. Ķīmiskā. Fizika. 27, 18873–18878 (2018).
Emam, HE un Ahmed, HB. Homometālisku un heterometālisku agara nanostruktūru salīdzinošs pētījums krāsvielu katalizētas degradācijas laikā. internacionalitāte. J. Biol. Large molecules. 138, 450–461 (2019).
Emam, HE, Mikhail, MM, El-Sherbiny, S., Nagy, KS un Ahmed, HB. No metāliem atkarīga nanokatalīze aromātisko piesārņotāju samazināšanai. Wednesday. the science. pollute. resurss. internationality. 27, 6459–6475 (2020).
Ahmeds HB un Emams HE Trīskāršās kodola-apvalka (Ag-Au-Pd) nanostruktūras, kas audzētas no sēklām istabas temperatūrā potenciālai ūdens attīrīšanai. Polymer. Test. 89, 106720 (2020).
Publicēšanas laiks: 2023. gada 26. novembris