Salamat sa pagbisita sa Nature.com. Ang bersyon ng browser na iyong ginagamit ay may limitadong suporta sa CSS. Para sa pinakamahusay na mga resulta, inirerekomenda namin ang paggamit ng mas bagong bersyon ng iyong browser (o i-off ang compatibility mode sa Internet Explorer). Pansamantala, upang matiyak ang patuloy na suporta, ipinapakita namin ang site nang walang styling o JavaScript.
Ngayon, ang mga functional na tela na may mga katangian ng antibacterial ay mas popular. Gayunpaman, nananatiling hamon ang cost-effective na produksyon ng mga functional na tela na may matibay at pare-parehong pagganap. Ang polyvinyl alcohol (PVA) ay ginamit upang baguhin ang polypropylene (PP) na hindi pinagtagpi na tela, at pagkatapos ay ang mga silver nanoparticle (AgNPs) ay idineposito sa situ upang makabuo ng PVA-modified AgNPs-loaded PP (tinukoy bilang AgNPs). /PVA/PP) tela. Ang encapsulation ng PP fibers gamit ang PVA coating ay nakakatulong na makabuluhang mapabuti ang adhesion ng load Ag NPs sa PP fibers, at Ag/PVA/PP nonwovens ay nagpapakita ng makabuluhang pinabuting mekanikal na katangian at paglaban sa Escherichia coli (tinukoy bilang E. coli). Sa pangkalahatan, ang Ag/PVA/PP nonwoven fabric na ginawa sa 30mM silver ammonia concentration ay may mas mahusay na mekanikal na katangian, at ang antibacterial protection rate laban sa E. coli ay umabot sa 99.99%. Ang tela ay nagpapanatili pa rin ng mahusay na aktibidad na antibacterial pagkatapos ng 40 paghuhugas at may potensyal para sa paulit-ulit na paggamit. Bilang karagdagan, ang Ag/PVA/PP na non-woven na tela ay may malawak na posibilidad na magamit sa industriya dahil sa magandang air permeability nito at moisture permeability. Bilang karagdagan, nakagawa din kami ng roll-to-roll na teknolohiya at nagsagawa ng paunang paggalugad upang subukan ang pagiging posible ng pamamaraang ito.
Sa paglalim ng globalisasyong pang-ekonomiya, ang malakihang paggalaw ng populasyon ay lubos na nagpapataas ng posibilidad ng paghahatid ng virus, na mahusay na nagpapaliwanag kung bakit ang nobelang coronavirus ay may napakalakas na kakayahang kumalat sa buong mundo at mahirap pigilan1,2,3. Sa ganitong kahulugan, mayroong isang kagyat na pangangailangan na bumuo ng mga bagong antibacterial na materyales, tulad ng polypropylene (PP) nonwovens, bilang mga medikal na materyales na proteksiyon. Ang polypropylene non-woven na tela ay may mga pakinabang ng mababang density, chemical inertness at mababang gastos4, ngunit walang kakayahan na antibacterial, maikling buhay ng serbisyo at mababang kahusayan sa proteksyon. Samakatuwid, napakahalaga na magbigay ng antibacterial properties sa PP nonwoven na materyales.
Bilang isang sinaunang antibacterial agent, ang pilak ay dumaan sa limang yugto ng pag-unlad: colloidal silver solution, silver sulfadiazine, silver salt, protein silver at nanosilver. Ang mga silver nanoparticle ay lalong ginagamit sa mga larangan tulad ng gamot5,6, conductivity7,8,9, surface-enhanced Raman scattering10,11,12, catalytic degradation ng dyes13,14,15,16 atbp. Sa partikular, ang mga silver nanoparticle ( AgNPs) ay may mga bentahe kumpara sa mga tradisyunal na antimicrobial na ahente tulad ng mga compound na kinakailangan ng mga antimicrobial na ammonium at quaternary na salts. paglaban sa bakterya, katatagan, mababang gastos at katanggap-tanggap sa kapaligiran17,18,19. Bilang karagdagan, ang mga silver nanoparticle na may malaking partikular na lugar sa ibabaw at mataas na aktibidad na antibacterial ay maaaring ikabit sa mga tela ng lana20, mga tela ng cotton21,22, mga polyester na tela at iba pang mga tela upang makamit ang kontrolado, matagal na paglabas ng mga antibacterial na mga pilak na particle23,24. Nangangahulugan ito na sa pamamagitan ng pag-encapsulate ng mga AgNP, posible na lumikha ng mga tela ng PP na may aktibidad na antibacterial. Gayunpaman, ang PP nonwovens ay kulang sa mga functional na grupo at may mababang polarity, na hindi nakakatulong sa encapsulation ng AgNPs. Upang malampasan ang disbentaha na ito, sinubukan ng ilang mananaliksik na magdeposito ng Ag nanoparticle sa ibabaw ng PP fabric gamit ang iba't ibang paraan ng pagbabago kabilang ang plasma spraying26,27, radiation grafting28,29,30,31 at surface coating32. Halimbawa, si Goli et al. Ipinakilala ng [33] ang isang patong na protina sa ibabaw ng PP nonwoven fabric, ang mga amino acid sa periphery ng layer ng protina ay maaaring magsilbi bilang mga anchor point para sa pagbubuklod ng mga AgNP, sa gayon ay nakakamit ang mahusay na mga katangian ng antibacterial. aktibidad. Napag-alaman ni Li at ng mga katrabaho 34 na ang N-isopropylacrylamide at N-(3-aminopropyl)methacrylamide hydrochloride na pinagsama-sama ng ultraviolet (UV) etching ay nagpakita ng malakas na aktibidad na antimicrobial, bagama't ang proseso ng UV etching ay kumplikado at maaaring pababain ang mga mekanikal na katangian. mga hibla. . Ang Oliani et al ay naghanda ng mga Ag NPs-PP gel film na may mahusay na aktibidad na antibacterial sa pamamagitan ng pretreating purong PP na may gamma irradiation; gayunpaman, ang kanilang pamamaraan ay kumplikado din. Kaya, nananatiling hamon ang mahusay at madaling makagawa ng mga recyclable na polypropylene nonwoven na may gustong aktibidad na antimicrobial.
Sa pag-aaral na ito, ang polyvinyl alcohol, isang environment friendly at murang membrane material na may mahusay na film-forming ability, high hydrophilicity, at mahusay na physical at chemical stability, ay ginagamit upang baguhin ang polypropylene fabrics. Ginagamit ang glucose bilang pampababa ng ahente36. Ang pagtaas ng enerhiya sa ibabaw ng binagong PP ay nagtataguyod ng pumipili na pag-deposito ng mga AgNP. Kung ikukumpara sa purong PP na tela, ang inihandang Ag/PVA/PP na tela ay nagpakita ng magandang recyclability, mahusay na antibacterial na aktibidad laban sa E. coli, magandang mekanikal na katangian kahit na pagkatapos ng 40 washing cycle, at makabuluhang breathability, sex at moisture permeability.
Ang PP nonwoven fabric na may specific gravity na 25 g/m2 at 0.18 mm ang kapal ay ibinigay ng Jiyuan Kang'an Sanitary Materials Co., Ltd. (Jiyuan, China) at pinutol sa mga sheet na may sukat na 5×5 cm2. Ang silver nitrate (99.8%; AR) ay binili mula sa Xilong Scientific Co., Ltd. (Shantou, China). Ang glucose ay binili mula sa Fuzhou Neptune Fuyao Pharmaceutical Co., Ltd. (Fuzhou, China). Ang polyvinyl alcohol (industrial grade reagent) ay binili mula sa Tianjin Sitong Chemical Factory (Tianjin, China). Ang deionized na tubig ay ginamit bilang solvent o banlawan at inihanda sa aming laboratoryo. Ang nutrient agar at sabaw ay binili mula sa Beijing Aoboxing Biotechnology Co., Ltd. (Beijing, China). Ang E. coli strain (ATCC 25922) ay binili mula sa Zhangzhou Bochuang Company (Zhangzhou, China).
Ang nagresultang PP tissue ay hugasan ng ultrasound sa ethanol sa loob ng 15 minuto. Ang nagresultang PVA ay idinagdag sa tubig at pinainit sa 95°C sa loob ng 2 oras upang makakuha ng may tubig na solusyon. Pagkatapos ang glucose ay natunaw sa 10 ml ng PVA solution na may mass fraction na 0.1%, 0.5%, 1.0% at 1.5%. Ang purified polypropylene nonwoven fabric ay inilubog sa isang PVA/glucose solution at pinainit sa 60°C sa loob ng 1 oras. Pagkatapos makumpleto ang pag-init, ang PP-impregnated nonwoven na tela ay aalisin mula sa PVA/glucose solution at tuyo sa 60°C sa loob ng 0.5 h upang bumuo ng PVA film sa ibabaw ng web, at sa gayon ay makakakuha ng PVA/PP composite. tela.
Ang silver nitrate ay natunaw sa 10 ML ng tubig na may patuloy na pagpapakilos sa temperatura ng silid at ang ammonia ay idinagdag nang patak hanggang ang solusyon ay magbago mula sa malinaw na kayumanggi at malinaw na muli upang makakuha ng pilak na solusyon sa ammonia (5–90 mM). Ilagay ang PVA/PP nonwoven fabric sa silver ammonia solution at painitin ito sa 60°C sa loob ng 1 oras upang mabuo ang Ag nanoparticle in situ sa ibabaw ng tela, pagkatapos ay banlawan ito ng tubig ng tatlong beses at tuyo sa 60°C. C sa loob ng 0.5 h upang makakuha ng Ag/PVA/PP composite fabric.
Pagkatapos ng mga paunang eksperimento, gumawa kami ng roll-to-roll na kagamitan sa laboratoryo para sa malakihang produksyon ng mga pinagsama-samang tela. Ang mga roller ay gawa sa PTFE upang maiwasan ang mga masamang reaksyon at kontaminasyon. Sa prosesong ito, ang oras ng impregnation at ang dami ng adsorbed na solusyon ay maaaring kontrolin sa pamamagitan ng pagsasaayos ng bilis ng mga roller at ang distansya sa pagitan ng mga roller upang makuha ang nais na Ag/PVA/PP composite fabric.
Ang morpolohiya sa ibabaw ng tisyu ay pinag-aralan gamit ang isang VEGA3 scanning electron microscope (SEM; Japan Electronics, Japan) sa isang pabilis na boltahe na 5 kV. Ang kristal na istraktura ng mga silver nanoparticle ay nasuri ng X-ray diffraction (XRD; Bruker, D8 Advanced, Germany; Cu Kα radiation, λ = 0.15418 nm; boltahe: 40 kV, kasalukuyang: 40 mA) sa saklaw na 10–80°. 2θ. Ginamit ang Fourier transform infrared spectrometer (ATR-FTIR; Nicolet 170sx, Thermo Fisher Scientific Incorporation) para suriin ang mga kemikal na katangian ng surface-modified polypropylene fabric. Ang nilalaman ng PVA modifier ng Ag/PVA/PP composite fabric ay sinusukat ng thermogravimetric analysis (TGA; Mettler Toledo, Switzerland) sa ilalim ng nitrogen stream. Ang inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS, ELAN DRC II, Perkin-Elmer (Hong Kong) Co., Ltd.) ay ginamit upang matukoy ang pilak na nilalaman ng Ag/PVA/PP composite fabrics.
Ang air permeability at water vapor transmission rate ng Ag/PVA/PP composite fabric (specification: 78×50cm2) ay sinukat ng isang third-party testing agency (Tianfangbiao Standardization Certification and Testing Co., Ltd.) alinsunod sa GB/T. 5453-1997 at GB/T 12704.2-2009. Para sa bawat sample, sampung magkakaibang punto ang pipiliin para sa pagsubok, at ang data na ibinigay ng ahensya ay ang average ng sampung puntos.
Ang aktibidad na antibacterial ng Ag/PVA/PP composite fabric ay sinusukat alinsunod sa Chinese standards GB/T 20944.1-2007 at GB/T 20944.3- gamit ang agar plate diffusion method (qualitative analysis) at shake flask method (quantitative analysis). . ayon sa pagkakabanggit noong 2008. Ang aktibidad na antibacterial ng Ag/PVA/PP composite fabric laban sa Escherichia coli ay natukoy sa iba't ibang oras ng paghuhugas. Para sa paraan ng pagsasabog ng agar plate, ang pagsubok na Ag/PVA/PP composite fabric ay sinuntok sa isang disk (diameter: 8 mm) gamit ang isang suntok at ikinakabit sa isang agar Petri dish na inoculate ng Escherichia coli (ATCC 25922). ; 3.4 × 108 CFU ml-1) at pagkatapos ay incubated sa 37°C at 56% relative humidity sa humigit-kumulang 24 na oras. Ang zone ng pagsugpo ay nasuri nang patayo mula sa gitna ng disk hanggang sa panloob na circumference ng mga nakapalibot na kolonya. Gamit ang paraan ng shake flask, ang isang 2 × 2 cm2 flat plate ay inihanda mula sa nasubok na Ag/PVA/PP composite fabric at na-autoclave sa isang broth environment sa 121°C at 0.1 MPa sa loob ng 30 minuto. Pagkatapos ng autoclaving, ang sample ay inilubog sa isang 5-mL Erlenmeyer flask na naglalaman ng 70 mL ng broth culture solution (konsentrasyon ng suspensyon 1 × 105–4 × 105 CFU/mL) at pagkatapos ay na-incubate sa isang oscillating na temperatura na 150 °C. rpm at 25°C sa loob ng 18 oras. Pagkatapos ng pag-alog, mangolekta ng isang tiyak na dami ng bacterial suspension at palabnawin ito ng sampung beses. Kolektahin ang kinakailangang halaga ng diluted bacterial suspension, ikalat ito sa agar medium at kultura sa 37°C at 56% relative humidity sa loob ng 24 na oras. Ang formula para sa pagkalkula ng pagiging epektibo ng antibacterial ay: \(\frac{\mathrm{C}-\mathrm{A}}{\mathrm{C}}\cdot 100\%\), kung saan ang C at A ay ang bilang ng mga kolonya pagkatapos ng 24 na oras, ayon sa pagkakabanggit. Nilinang sa control group at Ag/PVA/PP composite tissue.
Ang tibay ng Ag/PVA/PP composite fabrics ay nasuri sa pamamagitan ng paghuhugas ayon sa ISO 105-C10:2006.1A. Sa panahon ng paghuhugas, ilubog ang pansubok na Ag/PVA/PP composite fabric (30x40mm2) sa isang may tubig na solusyon na naglalaman ng komersyal na detergent (5.0g/L) at hugasan ito sa 40±2 rpm at 40±5 rpm /min. mataas na bilis. °C 10, 20, 30, 40 at 50 cycle. Pagkatapos hugasan, ang tela ay banlawan ng tatlong beses ng tubig at tuyo sa temperatura na 50-60°C sa loob ng 30 minuto. Ang pagbabago sa nilalaman ng pilak pagkatapos ng paghuhugas ay sinusukat upang matukoy ang antas ng aktibidad na antibacterial.
Ipinapakita ng Figure 1 ang schematic diagram ng fabrication ng Ag/PVA/PP composite fabric. Iyon ay, ang PP nonwoven na materyal ay nahuhulog sa isang halo-halong solusyon ng PVA at glucose. Ang PP-impregnated non-woven material ay pinatuyo upang ayusin ang modifier at reducing agent upang bumuo ng sealing layer. Ang pinatuyong polypropylene nonwoven na tela ay inilubog sa isang silver ammonia solution upang ideposito ang mga silver nanoparticle sa situ. Ang konsentrasyon ng modifier, ang molar ratio ng glucose sa silver ammonia, ang konsentrasyon ng silver ammonia at ang temperatura ng reaksyon ay nakakaapekto sa pag-ulan ng Ag NPs. ay mahalagang mga kadahilanan. Ipinapakita ng Figure 2a ang pag-asa ng anggulo ng contact ng tubig ng tela ng Ag/PVA/PP sa konsentrasyon ng modifier. Kapag tumaas ang konsentrasyon ng modifier mula 0.5 wt.% hanggang 1.0 wt.%, ang anggulo ng contact ng tela ng Ag/PVA/PP ay bumababa nang malaki; kapag ang konsentrasyon ng modifier ay tumaas mula 1.0 wt.% hanggang 2.0 wt.%, halos hindi ito nagbabago. Ang Figure 2 b ay nagpapakita ng mga imahe ng SEM ng purong PP fibers at Ag/PVA/PP na tela na inihanda sa 50 mM silver ammonia concentration at iba't ibang molar ratios ng glucose sa silver ammonia (1:1, 3:1, 5:1, at 9:1). . larawan. ). Ang resultang PP fiber ay medyo makinis. Pagkatapos ng encapsulation na may PVA film, ang ilang mga hibla ay nakadikit; Dahil sa pagtitiwalag ng mga silver nanoparticle, ang mga hibla ay nagiging medyo magaspang. Habang tumataas ang molar ratio ng reducing agent sa glucose, unti-unting lumalapot ang idinepositong layer ng Ag NPs, at habang tumataas ang molar ratio sa 5:1 at 9:1, may posibilidad na bumuo ng mga aggregate ang Ag NPs. Ang mga macroscopic at microscopic na imahe ng PP fiber ay nagiging mas pare-pareho, lalo na kapag ang molar ratio ng reducing agent sa glucose ay 5:1. Ang mga digital na litrato ng kaukulang mga sample na nakuha sa 50 mM silver ammonia ay ipinapakita sa Figure S1.
Mga pagbabago sa water contact angle ng Ag/PVA/PP fabric sa iba't ibang PVA concentrations (a), SEM images ng Ag/PVA/PP fabric na nakuha sa isang silver ammonia concentration na 50 mM at iba't ibang molar ratios ng glucose at silver ammonia [(b))) ; (1) PP fiber, (2) PVA/PP fiber, (3) molar ratio 1:1, (4) molar ratio 3:1, (5) molar ratio 5:1, (6) molar ratio 9: 1], X-ray diffraction pattern (c) at SEM image (d) ng Ag/PVA/PP fabric, na nakuha sa silver ammonia concentrations: (1,M0) m2 (m3,M2) 30 mM, (4) 50 mM , (5) 90 mM at (6) Ag/PP-30 mM. Ang temperatura ng reaksyon ay 60°C.
Sa Fig. Ipinapakita ng Figure 2c ang pattern ng X-ray diffraction ng resultang tela ng Ag/PVA/PP. Bilang karagdagan sa peak ng diffraction ng PP fiber 37, apat na peak ng diffraction sa 2θ = ∼ 37.8°, 44.2°, 64.1° at 77.3° ay tumutugma sa (1 1 1), (2 0 0), (2 2 0), Crystal plane (3 1 1 1) ng cubic silver face. Habang tumataas ang konsentrasyon ng silver ammonia mula 5 hanggang 90 mM, ang mga pattern ng XRD ng Ag ay nagiging mas matalas, na naaayon sa kasunod na pagtaas ng crystallinity. Ayon sa formula ni Scherrer, ang mga laki ng butil ng Ag nanoparticle na inihanda na may 10 mM, 30 mM at 50 mM silver ammonia ay kinakalkula na 21.3 nm, 23.3 nm at 26.5 nm, ayon sa pagkakabanggit. Ito ay dahil ang konsentrasyon ng pilak na ammonia ay ang puwersang nagtutulak sa likod ng pagbabawas ng reaksyon upang bumuo ng metal na pilak. Sa pagtaas ng konsentrasyon ng silver ammonia, ang rate ng nucleation at paglaki ng Ag NPs ay tumataas. Ipinapakita ng Figure 2d ang mga imahe ng SEM ng mga tela ng Ag / PVA / PP na nakuha sa iba't ibang mga konsentrasyon ng Ag ammonia. Sa isang pilak na konsentrasyon ng ammonia na 30 mM, ang idineposito na layer ng Ag NPs ay medyo homogenous. Gayunpaman, kapag ang konsentrasyon ng pilak na ammonia ay masyadong mataas, ang pagkakapareho ng Ag NP deposition layer ay may posibilidad na bumaba, na maaaring dahil sa malakas na agglomeration sa Ag NP deposition layer. Bilang karagdagan, ang mga silver nanoparticle sa ibabaw ay may dalawang hugis: spherical at scaly. Ang spherical na laki ng particle ay humigit-kumulang 20-80 nm, at ang lamellar lateral na laki ay humigit-kumulang 100-300 nm (Larawan S2). Ang deposition layer ng Ag nanoparticle sa ibabaw ng hindi nabagong tela ng PP ay hindi pantay. Bilang karagdagan, ang pagtaas ng temperatura ay nagtataguyod ng pagbawas ng Ag NPs (Fig. S3), ngunit ang masyadong mataas na temperatura ng reaksyon ay hindi nagpo-promote ng selective precipitation ng Ag NPs.
Inilalarawan ng Figure 3a ang ugnayan sa pagitan ng konsentrasyon ng silver ammonia, ang dami ng nadepositong pilak, at ang aktibidad na antibacterial ng inihandang tela ng Ag/PVA/PP. Ipinapakita ng Figure 3b ang antibacterial pattern ng mga sample sa iba't ibang konsentrasyon ng silver ammonia, na maaaring direktang sumasalamin sa antibacterial status ng mga sample. Kapag tumaas ang konsentrasyon ng silver ammonia mula 5 mM hanggang 90 mM, tumaas ang halaga ng pag-ulan ng pilak mula 13.67 g/kg hanggang 481.81 g/kg. Bilang karagdagan, habang ang dami ng silver deposition ay tumataas, ang antibacterial na aktibidad laban sa E. coli sa simula ay tumataas at pagkatapos ay nananatili sa isang mataas na antas. Sa partikular, kapag ang konsentrasyon ng silver ammonia ay 30 mM, ang halaga ng deposition ng pilak sa nagreresultang tela ng Ag/PVA/PP ay 67.62 g/kg, at ang antibacterial rate ay 99.99%. at piliin ang sample na ito bilang isang kinatawan para sa kasunod na structural characterization.
(a) Relasyon sa pagitan ng antas ng aktibidad na antibacterial at ang dami ng Ag layer na inilapat at ang konsentrasyon ng silver ammonia; (b) Mga larawan ng mga bacterial culture plate na kinunan gamit ang isang digital camera na nagpapakita ng mga blangkong sample at sample na inihanda gamit ang 5 mM, 10 mM, 30 mM, 50 mM at 90 mM silver ammonia. Aktibidad na antibacterial ng tela ng Ag/PVA/PP laban sa Escherichia coli
Ipinapakita ng Figure 4a ang FTIR/ATR spectra ng PP, PVA/PP, Ag/PP at Ag/PVA/PP. Ang mga absorption band ng purong PP fiber sa 2950 cm-1 at 2916 cm-1 ay dahil sa asymmetric stretching vibration ng –CH3 at –CH2- group, at sa 2867 cm-1 at 2837 cm-1 ang mga ito ay dahil sa simetriko na stretching vibration ng –CH3 at –CH2 group –. –CH3 at –CH2–. Ang mga absorption band sa 1375 cm–1 at 1456 cm–1 ay iniuugnay sa asymmetric at simetriko shift vibrations ng –CH338.39. Ang FTIR spectrum ng Ag/PP fiber ay katulad ng PP fiber. Bilang karagdagan sa absorption band ng PP, ang bagong absorption peak sa 3360 cm-1 ng PVA/PP at Ag/PVA/PP na mga tela ay iniuugnay sa pag-stretch ng hydrogen bond ng –OH group. Ito ay nagpapakita na ang PVA ay matagumpay na inilapat sa ibabaw ng polypropylene fiber. Bilang karagdagan, ang hydroxyl absorption peak ng Ag/PVA/PP fabric ay bahagyang mas mahina kaysa sa PVA/PP fabric, na maaaring dahil sa koordinasyon ng ilang hydroxyl group na may pilak.
FT-IR spectrum (a), TGA curve (b) at XPS measurement spectrum (c) ng purong PP, PVA/PP na tela at Ag/PVA/PP na tela, at C 1s spectrum ng purong PP (d), PVA/PP PP na tela (e) at Ag 3d peak (f) ng Ag/PVA/PP na tela.
Sa Fig. Ipinapakita ng Figure 4c ang XPS spectra ng PP, PVA/PP, at Ag/PVA/PP na mga tela. Ang mahinang signal ng O 1s ng purong polypropylene fiber ay maaaring maiugnay sa elemento ng oxygen na na-adsorbed sa ibabaw; ang C 1s peak sa 284.6 eV ay iniuugnay sa CH at CC (tingnan ang Larawan 4d). Kung ikukumpara sa purong PP fiber, ang PVA/PP fabric (Fig. 4e) ay nagpapakita ng mataas na performance sa 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) at 288.5 eV (38.5 eV) (38.5 eV). Bilang karagdagan, ang O 1s spectrum ng PVA/PP na tela ay maaaring tantiyahin ng dalawang peak sa 532.3 eV at 533.2 eV41 (Fig. S4), ang mga C 1s na peak na ito ay tumutugma sa C–OH at H–C=O (hydroxyl groups ng PVA at aldehyde glucose group), na naaayon sa FTIR data. Ang Ag/PVA/PP nonwoven fabric ay nagpapanatili ng O 1s spectrum ng C-OH (532.3 eV) at HC=O (533.2 eV) (Figure S5), na binubuo ng 65.81% (atomic percent) C, 22. 89. % O at 11.31% Ag (Fig. S4). Sa partikular, ang mga taluktok ng Ag 3d5/2 at Ag 3d3/2 sa 368.2 eV at 374.2 eV (Fig. 4f) ay lalong nagpapatunay na ang mga Ag NP ay doped sa ibabaw ng PVA/PP42 nonwoven fabric.
Ang mga TGA curves (Fig. 4b) ng purong PP, Ag/PP na tela, at Ag/PVA/PP na tela ay nagpapakita na sila ay sumasailalim sa mga katulad na proseso ng thermal decomposition, at ang pag-deposito ng Ag NPs ay humahantong sa bahagyang pagtaas sa thermal degradation na temperatura ng PP. fibers PVA/PP fibers (mula 480 °C (PP fibers) hanggang 495 °C), posibleng dahil sa pagbuo ng Ag barrier43. Kasabay nito, ang mga natitirang halaga ng mga purong sample ng PP, Ag/PP, Ag/PVA/PP, Ag/PVA/PP-W50 at Ag/PP-W50 pagkatapos ng pagpainit sa 800°C ay 1.32%, 16.26% at 13. 86%. % ayon sa pagkakabanggit 9.88% at 2.12% (ang suffix na W50 dito ay tumutukoy sa 50 wash cycle). Ang natitira sa purong PP ay iniuugnay sa mga impurities, at ang natitira sa natitirang mga sample sa Ag NPs, at ang pagkakaiba sa natitirang halaga ng mga sample na na-load ng pilak ay dapat na dahil sa iba't ibang halaga ng mga silver nanoparticle na na-load sa kanila. Bilang karagdagan, pagkatapos maghugas ng Ag/PP na tela ng 50 beses, ang natitirang pilak na nilalaman ay nabawasan ng 94.65%, at ang natitirang pilak na nilalaman ng Ag/PVA/PP na tela ay nabawasan ng humigit-kumulang 31.74%. Ipinapakita nito na ang PVA encapsulating coating ay maaaring epektibong mapabuti ang pagdirikit ng mga AgNP sa PP matrix.
Upang suriin ang ginhawa ng pagsusuot, ang air permeability at ang rate ng paghahatid ng singaw ng tubig ng inihandang polypropylene na tela ay sinusukat. Sa pangkalahatan, ang breathability ay nauugnay sa thermal comfort ng user, lalo na sa mainit at mahalumigmig na kapaligiran44. Tulad ng ipinapakita sa Figure 5a, ang air permeability ng purong PP ay 2050 mm/s, at pagkatapos ng pagbabago ng PVA ay bumababa ito sa 856 mm/s. Ito ay dahil ang PVA film na nabuo sa ibabaw ng PP fiber at ang habi na bahagi ay nakakatulong na mabawasan ang mga puwang sa pagitan ng mga hibla. Matapos ilapat ang mga Ag NP, ang air permeability ng PP fabric ay tumataas dahil sa pagkonsumo ng PVA coating kapag nag-aaplay ng Ag NPs. Bilang karagdagan, ang breathability ng Ag/PVA/PP na mga tela ay may posibilidad na bumaba habang ang silver ammonia concentration ay tumataas mula 10 hanggang 50 mmol. Ito ay maaaring dahil sa ang katunayan na ang kapal ng pilak na deposito ay tumataas sa pagtaas ng konsentrasyon ng silver ammonia, na tumutulong na mabawasan ang bilang ng mga pores at ang posibilidad ng singaw ng tubig na dumaan sa kanila.
(a) Air permeability ng Ag/PVA/PP fabric na inihanda na may iba't ibang konsentrasyon ng silver ammonia; (b) Pagpapadala ng singaw ng tubig ng mga tela ng Ag/PVA/PP na inihanda na may iba't ibang konsentrasyon ng silver ammonia; (c) Iba't ibang mga modifier Tensile curve ng Ag Fabric/PVA/PP na nakuha sa iba't ibang konsentrasyon; (d) Tensile curve ng Ag/PVA/PP fabric na nakuha sa iba't ibang konsentrasyon ng silver ammonia (Ag/PVA/PP fabric na nakuha sa 30 mM silver ammonia concentration ay ipinapakita din) (Ihambing ang tensile curves ng PP fabrics pagkatapos ng 40 washing cycle).
Ang bilis ng paghahatid ng singaw ng tubig ay isa pang mahalagang tagapagpahiwatig ng thermal comfort ng isang tela45. Ito ay lumalabas na ang moisture permeability ng mga tela ay pangunahing naiimpluwensyahan ng breathability at mga katangian ng ibabaw. Iyon ay, ang air permeability ay higit sa lahat ay nakasalalay sa bilang ng mga pores; ang mga katangian ng ibabaw ay nakakaapekto sa moisture permeability ng hydrophilic group sa pamamagitan ng adsorption-diffusion-desorption ng mga molekula ng tubig. Gaya ng ipinapakita sa Figure 5b, ang moisture permeability ng purong PP fiber ay 4810 g/(m2·24h). Pagkatapos ng sealing na may PVA coating, ang bilang ng mga butas sa PP fiber ay bumababa, ngunit ang moisture permeability ng PVA/PP fabric ay tumataas sa 5070 g/(m2·24 h), dahil ang moisture permeability nito ay pangunahing tinutukoy ng mga surface properties. hindi pores. Matapos ang pag-deposito ng mga AgNP, ang moisture permeability ng Ag / PVA / PP na tela ay higit na nadagdagan. Sa partikular, ang maximum na moisture permeability ng Ag/PVA/PP fabric na nakuha sa isang silver ammonia concentration na 30 mM ay 10300 g/(m2·24h). Kasabay nito, ang iba't ibang moisture permeability ng Ag/PVA/PP na tela na nakuha sa iba't ibang konsentrasyon ng silver ammonia ay maaaring maiugnay sa mga pagkakaiba sa kapal ng silver deposition layer at ang bilang ng mga pores nito.
Ang mga mekanikal na katangian ng mga tela ay malakas na nakakaimpluwensya sa kanilang buhay ng serbisyo, lalo na bilang mga recyclable na materyales46. Ipinapakita ng Figure 5c ang tensile stress curve ng Ag/PVA/PP fabric. Ang tensile strength ng purong PP ay 2.23 MPa lamang, habang ang tensile strength ng 1 wt% PVA/PP fabric ay makabuluhang nadagdagan sa 4.56 MPa, na nagpapahiwatig na ang encapsulation ng PVA PP na tela ay nakakatulong upang makabuluhang mapabuti ang mga mekanikal na katangian nito. ari-arian. Ang tensile strength at elongation sa break ng PVA/PP fabric ay tumataas sa pagtaas ng konsentrasyon ng PVA modifier dahil ang PVA film ay maaaring masira ang stress at palakasin ang PP fiber. Gayunpaman, kapag ang konsentrasyon ng modifier ay tumaas sa 1.5 wt.%, ang malagkit na PVA ay nagpapatigas sa polypropylene na tela, na seryosong nakakaapekto sa kaginhawaan ng suot.
Kung ikukumpara sa mga purong tela ng PP at PVA/PP, ang lakas ng makunat at pagpahaba sa pagkasira ng mga tela ng Ag/PVA/PP ay higit na napabuti dahil ang mga nanoparticle ng Ag na pantay na ipinamamahagi sa ibabaw ng mga hibla ng PP ay maaaring ipamahagi ang karga47,48. Makikita na ang tensile strength ng Ag/PP fiber ay mas mataas kaysa sa purong PP, na umaabot sa 3.36 MPa (Fig. 5d), na nagpapatunay sa malakas at nagpapalakas na epekto ng Ag NPs. Sa partikular, ang tela ng Ag/PVA/PP na ginawa sa isang silver ammonia concentration na 30 mM (sa halip na 50 mM) ay nagpapakita ng maximum na tensile strength at elongation sa break, na dahil pa rin sa pare-parehong deposition ng Ag NPs pati na rin sa pare-parehong deposition. Pagsasama-sama ng mga pilak na NP sa ilalim ng mga kondisyon ng mataas na konsentrasyon ng pilak na ammonia. Sa karagdagan, pagkatapos ng 40 washing cycle, ang tensile strength at elongation sa break ng Ag/PVA/PP fabric na inihanda sa 30 mM silver ammonia concentration ay bumaba ng 32.7% at 26.8%, ayon sa pagkakabanggit (Fig. 5d), na maaaring nauugnay sa isang maliit na pagkawala ng silver nanoparticle na idineposito pagkatapos nito.
Ang mga figure 6a at b ay nagpapakita ng mga larawan ng digital camera ng tela ng Ag/PVA/PP at tela ng Ag/PP pagkatapos maghugas para sa 0, 10, 20, 30, 40, at 50 na mga cycle sa 30 mM na konsentrasyon ng silver ammonia. Madilim na kulay abong Ag/PVA/PP na tela at Ag/PP na tela ay unti-unting nagiging mapusyaw na kulay abo pagkatapos hugasan; at ang pagbabago ng kulay ng una sa panahon ng paghuhugas ay tila hindi kasing seryoso ng pangalawa. Sa karagdagan, kumpara sa Ag/PP tela, ang pilak na nilalaman ng Ag/PVA/PP tela ay medyo mabagal na bumaba pagkatapos ng paglalaba; pagkatapos ng paghuhugas ng 20 o higit pang beses, ang una ay nagpapanatili ng isang mas mataas na nilalaman ng pilak kaysa sa huli (Larawan 6c). Ipinapahiwatig nito na ang encapsulating PP fibers na may PVA coating ay maaaring makabuluhang mapabuti ang pagdirikit ng Ag NPs sa PP fibers. Ipinapakita ng Figure 6d ang mga imahe ng SEM ng tela ng Ag/PVA/PP at tela ng Ag/PP pagkatapos maghugas ng 10, 40, at 50 na cycle. Ang mga tela ng Ag/PVA/PP ay nakakaranas ng mas kaunting pagkawala ng mga Ag NP sa panahon ng paghuhugas kaysa sa mga tela ng Ag/PP, muli dahil ang PVA encapsulating coating ay nakakatulong na pahusayin ang pagdikit ng mga Ag NP sa mga PP fibers.
(a) Mga larawan ng tela ng Ag/PP na kinunan gamit ang isang digital camera (kinuha sa 30 mM silver ammonia concentration) pagkatapos maghugas ng 0, 10, 20, 30, 40 at 50 na mga cycle (1-6); (b) Ag/PVA/PP Mga larawan ng mga tela na kinunan gamit ang isang digital camera (kinuha sa 30 mM silver ammonia concentration) pagkatapos maghugas ng 0, 10, 20, 30, 40 at 50 na cycle (1-6); (c) Mga pagbabago sa pilak na nilalaman ng dalawang tela sa mga siklo ng paglalaba; (d) Mga imahe ng SEM ng tela ng Ag/PVA/PP (1-3) at tela ng Ag/PP (4-6) pagkatapos ng 10, 40 at 50 na ikot ng paghuhugas.
Ipinapakita ng Figure 7 ang aktibidad na antibacterial at mga larawan ng digital camera ng mga tela ng Ag/PVA/PP laban sa E. coli pagkatapos ng 10, 20, 30 at 40 na paghuhugas. Pagkatapos ng 10 at 20 na paghuhugas, ang pagganap ng antibacterial ng mga tela ng Ag/PVA/PP ay nanatili sa 99.99% at 99.93%, na nagpapakita ng mahusay na aktibidad na antibacterial. Ang antas ng antibacterial ng tela ng Ag/PVA/PP ay bahagyang bumaba pagkatapos ng 30 at 40 beses ng paghuhugas, na dahil sa pagkawala ng mga AgNP pagkatapos ng pangmatagalang paghuhugas. Gayunpaman, ang antibacterial rate ng Ag/PP fabric pagkatapos ng 40 na paghuhugas ay 80.16% lamang. Malinaw na ang antibacterial effect ng Ag/PP fabric pagkatapos ng 40 washing cycle ay mas mababa kaysa sa Ag/PVA/PP fabric.
(a) Antas ng aktibidad na antibacterial laban sa E. coli. (b) Para sa paghahambing, ang mga larawan ng Ag/PVA/PP na tela na kinunan gamit ang isang digital camera pagkatapos hugasan ang Ag/PP na tela sa 30 mM silver ammonia concentration para sa 10, 20, 30, 40 at 40 na mga cycle ay ipinapakita din.
Sa Fig. Figure 8 schematically ay nagpapakita ng katha ng malakihang Ag/PVA/PP tela gamit ang isang dalawang-yugto roll-to-roll ruta. Iyon ay, ang PVA/glucose solution ay ibinabad sa roll frame para sa isang tiyak na tagal ng panahon, pagkatapos ay kinuha, at pagkatapos ay pinapagbinhi ng silver ammonia solution sa parehong paraan upang makakuha ng Ag/PVA/PP fabric. (Larawan 8a). Ang nagreresultang tela ng Ag/PVA/PP ay nagpapanatili pa rin ng mahusay na aktibidad na antibacterial kahit na iniwan ng 1 taon. Para sa malakihang paghahanda ng mga tela ng Ag/PVA/PP, ang mga nagresultang PP nonwoven ay pinapagbinhi sa tuluy-tuloy na proseso ng pag-roll at pagkatapos ay dumaan sa isang PVA/glucose solution at isang silver ammonia solution nang sunud-sunod at naproseso. dalawang pamamaraan. Mga naka-attach na video. Ang oras ng impregnation ay kinokontrol sa pamamagitan ng pagsasaayos ng bilis ng roller, at ang halaga ng adsorbed solution ay kinokontrol sa pamamagitan ng pagsasaayos ng distansya sa pagitan ng mga roller (Larawan 8b), sa gayon makuha ang target na Ag / PVA / PP nonwoven na tela na may malaking sukat (50 cm × 80 cm). ) at collection roller. Ang buong proseso ay simple at mahusay, na nakakatulong sa malakihang produksyon.
Schematic diagram ng produksyon ng malalaking sukat na target na produkto (a) at schematic diagram ng proseso ng roll para sa produksyon ng Ag/PVA/PP nonwoven na materyales (b).
Ang mga nonwoven na PVA/PP na may pilak ay ginawa gamit ang isang simpleng in-situ na liquid phase deposition na teknolohiya na sinamahan ng roll-to-roll na ruta. Kung ikukumpara sa PP fabric at PVA/PP fabric, ang mga mekanikal na katangian ng inihandang Ag/PVA/PP nonwoven fabric ay makabuluhang napabuti dahil ang PVA sealing layer ay maaaring makabuluhang mapabuti ang adhesion ng Ag NPs sa PP fibers. Bilang karagdagan, ang dami ng paglo-load ng PVA at ang nilalaman ng mga silver NP sa Ag/PVA/PP na hindi pinagtagpi na tela ay maaaring maayos na kontrolin sa pamamagitan ng pagsasaayos ng mga konsentrasyon ng PVA/glucose solution at silver ammonia solution. Sa partikular, ang Ag/PVA/PP nonwoven fabric na inihanda gamit ang 30 mM silver ammonia solution ay nagpakita ng pinakamahusay na mekanikal na katangian at napanatili ang mahusay na aktibidad na antibacterial laban sa E. coli kahit na pagkatapos ng 40 washing cycle, na nagpapakita ng magandang anti-fouling potential. PP non-woven na materyal. Kung ikukumpara sa iba pang data ng panitikan, ang mga tela na nakuha namin gamit ang mga mas simpleng pamamaraan ay nagpakita ng mas mahusay na pagtutol sa paghuhugas. Bilang karagdagan, ang resultang Ag/PVA/PP nonwoven na tela ay may perpektong moisture permeability at ginhawa ng pagsusuot, na maaaring mapadali ang paggamit nito sa mga pang-industriyang aplikasyon.
Isama ang lahat ng data na nakuha o nasuri sa panahon ng pag-aaral na ito (at ang kanilang mga sumusuportang file ng impormasyon).
Russell, SM et al. Mga biosensor para labanan ang COVID-19 cytokine storm: mga hamon sa hinaharap. ACS Sens. 5, 1506–1513 (2020).
Zaeem S, Chong JH, Shankaranarayanan V at Harkey A. COVID-19 at mga multi-organ na tugon. kasalukuyang. tanong. puso. 45, 100618 (2020).
Zhang R, et al. Ang mga pagtatantya ng bilang ng mga kaso ng coronavirus noong 2019 sa China ay inaayos ayon sa yugto at endemic na mga rehiyon. harap. gamot. 14, 199–209 (2020).
Gao J. et al. Flexible, superhydrophobic at highly conductive nonwoven polypropylene fabric composite material para sa proteksyon ng electromagnetic interference. Kemikal. inhinyero. J. 364, 493–502 (2019).
Raihan M. et al. Pagbuo ng multifunctional polyacrylonitrile/silver nanocomposite films: antibacterial activity, catalytic activity, conductivity, UV protection at active SERS sensors. J. Matt. mapagkukunan. mga teknolohiya. 9, 9380–9394 (2020).
Dawadi S, Katuwal S, Gupta A, Lamichane U at Parajuli N. Kasalukuyang pananaliksik sa mga silver nanoparticle: synthesis, characterization at application. J. Nanomaterials. 2021, 6687290 (2021).
Deng Da, Chen Zhi, Hu Yong, Ma Jian, Tong YDN Isang simpleng proseso para sa paghahanda ng silver-based na conductive ink at paglalapat nito sa frequency-selective surface. Nanotechnology 31, 105705–105705 (2019).
Hao, Y. et al. Ang mga hyperbranched polymer ay nagbibigay-daan sa paggamit ng mga silver nanoparticle bilang mga stabilizer para sa inkjet printing ng mga flexible circuit. R. Shuker. Kemikal. 43, 2797–2803 (2019).
Keller P at Kawasaki HJML Conductive leaf vein network na ginawa ng self-assembly ng silver nanoparticle para sa mga potensyal na aplikasyon sa mga flexible sensor. Matt. Wright. 284, 128937.1-128937.4 (2020).
Li, J. et al. Mga silica nanosphere at array na pinalamutian ng silver nanoparticle bilang mga potensyal na substrate para sa surface-enhanced na Raman scattering. ASU Omega 6, 32879–32887 (2021).
Liu, X. et al. Malaking-scale flexible surface na pinahusay na Raman scattering sensor (SERS) na may mataas na katatagan at pagkakapareho ng signal. ACS Application Matt. Mga Interface 12, 45332–45341 (2020).
Sandeep, KG et al. Ang isang hierarchical heterostructure ng fullerene nanorods na pinalamutian ng silver nanoparticles (Ag-FNRs) ay nagsisilbing isang epektibong single-particle independent na SERS substrate. pisika. Kemikal. Kemikal. pisika. 27, 18873–18878 (2018).
Emam, HE at Ahmed, HB Comparative study ng homometallic at heterometallic agar-based nanostructures sa panahon ng dye-catalyzed degradation. internasyonalidad. J. Biol. Malaking molekula. 138, 450–461 (2019).
Emam, HE, Mikhail, MM, El-Sherbiny, S., Nagy, KS at Ahmed, HB Metal-dependent nanocatalysis para sa aromatic pollutant reduction. Miyerkules. ang agham. magdumi. mapagkukunan. internasyonalidad. 27, 6459–6475 (2020).
Ahmed HB at Emam HE Triple core-shell (Ag-Au-Pd) nanostructure na lumago mula sa mga buto sa temperatura ng silid para sa potensyal na paglilinis ng tubig. polimer. pagsubok. 89, 106720 (2020).
Oras ng post: Nob-26-2023