Nature.com'u ziyaret ettiğiniz için teşekkür ederiz. Kullandığınız tarayıcı sürümü sınırlı CSS desteğine sahiptir. En iyi sonuçlar için tarayıcınızın daha yeni bir sürümünü kullanmanızı (veya Internet Explorer'da uyumluluk modunu kapatmanızı) öneririz. Bu arada, sürekli destek sağlamak için siteyi stil veya JavaScript olmadan görüntülüyoruz.
Günümüzde antibakteriyel özelliklere sahip fonksiyonel kumaşlar daha popülerdir. Ancak, dayanıklı ve tutarlı performansa sahip fonksiyonel kumaşların uygun maliyetli üretimi hala bir zorluktur. Polivinil alkol (PVA), polipropilen (PP) dokusuz kumaşı modifiye etmek için kullanılmış ve ardından gümüş nanopartiküller (AgNP'ler) PVA ile modifiye edilmiş AgNP yüklü PP (AgNP olarak anılacaktır) üretmek için yerinde biriktirilmiştir. /PVA/PP) kumaş. PP liflerinin PVA kaplaması kullanılarak kapsüllenmesi, yüklü Ag NP'lerin PP liflerine yapışmasını önemli ölçüde iyileştirmeye yardımcı olur ve Ag/PVA/PP dokusuz kumaşlar, önemli ölçüde iyileştirilmiş mekanik özellikler ve Escherichia coli'ye (E. coli olarak anılacaktır) karşı direnç sergiler. Genel olarak, 30 mM gümüş amonyak konsantrasyonunda üretilen Ag/PVA/PP dokusuz kumaş daha iyi mekanik özelliklere sahiptir ve E. coli'ye karşı antibakteriyel koruma oranı %99,99'a ulaşır. Kumaş, 40 yıkamadan sonra bile mükemmel antibakteriyel aktivitesini korur ve tekrar tekrar kullanılabilir. Ayrıca, Ag/PVA/PP dokusuz kumaş, iyi hava ve nem geçirgenliği sayesinde endüstride geniş uygulama olanaklarına sahiptir. Ayrıca, rulodan ruloya üretim teknolojisini geliştirdik ve bu yöntemin uygulanabilirliğini test etmek için ön çalışmalar yürüttük.
Ekonomik küreselleşmenin derinleşmesiyle birlikte, büyük ölçekli nüfus hareketleri virüs bulaşma olasılığını büyük ölçüde artırmıştır. Bu durum, yeni koronavirüsün dünya çapında yayılma konusunda neden bu kadar güçlü bir kabiliyete sahip olduğunu ve önlenmesinin neden zor olduğunu gayet iyi açıklamaktadır1,2,3. Bu bağlamda, tıbbi koruyucu malzemeler olarak polipropilen (PP) dokusuz kumaşlar gibi yeni antibakteriyel malzemelerin geliştirilmesine acil ihtiyaç duyulmaktadır. Polipropilen dokusuz kumaş, düşük yoğunluk, kimyasal inertlik ve düşük maliyet4 gibi avantajlara sahip olsa da antibakteriyel özelliğe, kısa kullanım ömrüne ve düşük koruma verimliliğine sahip değildir. Bu nedenle, PP dokusuz kumaşlara antibakteriyel özellikler kazandırmak büyük önem taşımaktadır.
Antik bir antibakteriyel madde olan gümüş, beş geliştirme aşamasından geçmiştir: kolloidal gümüş çözeltisi, gümüş sülfadiazin, gümüş tuzu, protein gümüşü ve nanogümüş. Gümüş nanopartikülleri, tıp5,6, iletkenlik7,8,9, yüzey geliştirilmiş Raman saçılması10,11,12, boyaların katalitik bozunumu13,14,15,16 vb. alanlarda giderek daha fazla kullanılmaktadır. Özellikle gümüş nanopartikülleri (AgNP'ler), gerekli bakteri direnci, stabilite, düşük maliyet ve çevresel kabul edilebilirlik17,18,19 nedeniyle metal tuzları, kuaterner amonyum bileşikleri ve triklosan gibi geleneksel antimikrobiyal maddelere göre avantajlara sahiptir. Ayrıca, geniş özgül yüzey alanına ve yüksek antibakteriyel aktiviteye sahip gümüş nanopartikülleri, antibakteriyel gümüş partiküllerinin kontrollü ve sürekli salınımını sağlamak için yünlü kumaşlara20, pamuklu kumaşlara21,22, polyester kumaşlara ve diğer kumaşlara bağlanabilir23,24. Bu, AgNP'leri kapsülleyerek antibakteriyel aktiviteye sahip PP kumaşlar oluşturmanın mümkün olduğu anlamına gelir. Ancak, PP dokusuz kumaşlar fonksiyonel gruplardan yoksundur ve düşük polariteye sahiptir, bu da AgNP'lerin kapsüllenmesine elverişli değildir. Bu dezavantajın üstesinden gelmek için bazı araştırmacılar, plazma püskürtme26,27, radyasyon aşılama28,29,30,31 ve yüzey kaplama32 dahil olmak üzere çeşitli modifikasyon yöntemleri kullanarak Ag nanopartiküllerini PP kumaşların yüzeyine biriktirmeye çalışmışlardır. Örneğin, Goli ve ark. [33], PP dokusuz kumaşın yüzeyine bir protein kaplaması yerleştirmiştir, protein tabakasının çevresindeki amino asitler, AgNP'lerin bağlanması için çapa noktaları olarak hizmet edebilir ve böylece iyi antibakteriyel özellikler elde edebilir. aktivite. Li ve çalışma arkadaşları 34, ultraviyole (UV) aşılama ile birlikte aşılanmış N-izopropilakrilamid ve N-(3-aminopropil)metakrilamid hidroklorürün güçlü antimikrobiyal aktivite gösterdiğini, ancak UV aşılama işleminin karmaşık olduğunu ve liflerin mekanik özelliklerini bozabileceğini buldu. Oliani ve arkadaşları, saf PP'yi gama ışınlamasıyla ön işleme tabi tutarak mükemmel antibakteriyel aktiviteye sahip Ag NPs-PP jel filmleri hazırladılar; ancak, onların yöntemi de karmaşıktı. Bu nedenle, istenen antimikrobiyal aktiviteye sahip geri dönüştürülebilir polipropilen dokunmamış kumaşları verimli ve kolay bir şekilde üretmek bir zorluk olmaya devam etmektedir.
Bu çalışmada, iyi film oluşturma kabiliyetine, yüksek hidrofiliteye ve mükemmel fiziksel ve kimyasal stabiliteye sahip, çevre dostu ve düşük maliyetli bir membran malzemesi olan polivinil alkol, polipropilen kumaşları modifiye etmek için kullanılmıştır. İndirgeyici madde olarak glikoz kullanılmıştır36. Modifiye edilmiş PP'nin yüzey enerjisindeki artış, AgNP'lerin seçici birikimini destekler. Saf PP kumaşla karşılaştırıldığında, hazırlanan Ag/PVA/PP kumaş iyi geri dönüştürülebilirlik, E. coli'ye karşı mükemmel antibakteriyel aktivite, 40 yıkama döngüsünden sonra bile iyi mekanik özellikler ve önemli nefes alabilirlik, cinsiyet ve nem geçirgenliği göstermiştir.
Özgül ağırlığı 25 g/m2 ve kalınlığı 0,18 mm olan PP dokusuz kumaş Jiyuan Kang'an Sıhhi Malzemeler A.Ş. (Jiyuan, Çin) tarafından sağlanmış ve 5x5 cm2 ölçülerinde tabakalar halinde kesilmiştir. Gümüş nitrat (%99,8; AR) Xilong Scientific Co., Ltd. (Shantou, Çin) şirketinden satın alınmıştır. Glikoz Fuzhou Neptune Fuyao Pharmaceutical Co., Ltd. (Fuzhou, Çin) şirketinden satın alınmıştır. Polivinil alkol (endüstriyel sınıf reaktif) Tianjin Sitong Kimya Fabrikası'ndan (Tianjin, Çin) satın alınmıştır. Deiyonize su çözücü veya durulama olarak kullanılmış ve laboratuvarımızda hazırlanmıştır. Besin agarı ve et suyu Beijing Aoboxing Biotechnology Co., Ltd. (Pekin, Çin) şirketinden satın alınmıştır. E. coli suşu (ATCC 25922) Zhangzhou Bochuang Şirketi'nden (Zhangzhou, Çin) satın alınmıştır.
Elde edilen PP dokusu, etanolde 15 dakika boyunca ultrasonla yıkandı. Elde edilen PVA suya eklendi ve sulu bir çözelti elde etmek için 95°C'de 2 saat ısıtıldı. Ardından glikoz, kütlece %0,1, %0,5, %1,0 ve %1,5 oranlarında 10 ml PVA çözeltisinde çözüldü. Saflaştırılmış polipropilen dokusuz kumaş, bir PVA/glikoz çözeltisine daldırıldı ve 60°C'de 1 saat ısıtıldı. Isıtma işlemi tamamlandıktan sonra, PP emdirilmiş dokusuz kumaş PVA/glikoz çözeltisinden çıkarıldı ve ağın yüzeyinde bir PVA filmi oluşturmak için 60°C'de 0,5 saat kurutuldu. Böylece bir PVA/PP kompozit tekstil elde edildi.
Gümüş nitrat, oda sıcaklığında sürekli karıştırılarak 10 ml suda çözülür ve çözelti berraktan kahverengiye ve tekrar berraklaşana kadar damla damla amonyak eklenerek gümüş amonyak çözeltisi (5–90 mM) elde edilir. PVA/PP dokusuz kumaş, gümüş amonyak çözeltisine yerleştirilir ve kumaş yüzeyinde Ag nanopartikülleri oluşması için 60°C'de 1 saat ısıtılır. Ardından üç kez suyla durulanır ve 60°C'de 0,5 saat kurutularak Ag/PVA/PP kompozit kumaş elde edilir.
Ön denemelerin ardından, laboratuvarda kompozit kumaşların büyük ölçekli üretimi için rulodan ruloya üretim ekipmanı kurduk. Olumsuz reaksiyonları ve kontaminasyonu önlemek için silindirler PTFE'den yapılmıştır. Bu işlem sırasında, istenen Ag/PVA/PP kompozit kumaşı elde etmek için silindirlerin hızı ve silindirler arasındaki mesafe ayarlanarak emdirme süresi ve adsorbe edilen çözelti miktarı kontrol edilebilir.
Doku yüzey morfolojisi, 5 kV hızlandırma voltajında bir VEGA3 taramalı elektron mikroskobu (SEM; Japan Electronics, Japonya) kullanılarak incelendi. Gümüş nanopartiküllerin kristal yapısı, 10–80° aralığında X-ışını kırınımı (XRD; Bruker, D8 Advanced, Almanya; Cu Kα radyasyonu, λ = 0,15418 nm; voltaj: 40 kV, akım: 40 mA) ile analiz edildi. 2θ. Yüzey modifiye edilmiş polipropilen kumaşın kimyasal özelliklerini analiz etmek için bir Fourier dönüşümlü kızılötesi spektrometresi (ATR-FTIR; Nicolet 170sx, Thermo Fisher Scientific Incorporation) kullanıldı. Ag/PVA/PP kompozit kumaşların PVA modifiye edici içeriği, bir azot akımı altında termogravimetrik analiz (TGA; Mettler Toledo, İsviçre) ile ölçüldü. Ag/PVA/PP kompozit kumaşların gümüş içeriğini belirlemek için endüktif olarak eşleştirilmiş plazma kütle spektrometrisi (ICP-MS, ELAN DRC II, Perkin-Elmer (Hong Kong) Co., Ltd.) kullanıldı.
Ag/PVA/PP kompozit kumaşın (teknik özellikler: 78×50cm2) hava geçirgenliği ve su buharı iletim hızı, GB/T. 5453-1997 ve GB/T 12704.2-2009'a uygun olarak üçüncü taraf bir test kuruluşu (Tianfangbiao Standardizasyon Sertifikasyon ve Test Şirketi Ltd. Şti.) tarafından ölçülmüştür. Her numune için test için on farklı nokta seçilmiş olup, kuruluş tarafından sağlanan veriler bu on noktanın ortalamasıdır.
Ag/PVA/PP kompozit kumaşın antibakteriyel aktivitesi, 2008 yılında Çin standartları GB/T 20944.1-2007 ve GB/T 20944.3- uyarınca agar plaka difüzyon yöntemi (kalitatif analiz) ve çalkalama şişesi yöntemi (kantitatif analiz) kullanılarak ölçülmüştür. Ag/PVA/PP kompozit kumaşın Escherichia coli'ye karşı antibakteriyel aktivitesi farklı yıkama sürelerinde belirlenmiştir. Agar plaka difüzyon yöntemi için, test edilen Ag/PVA/PP kompozit kumaş bir delgeç kullanılarak bir diske (çap: 8 mm) delinir ve Escherichia coli (ATCC 25922) ile aşılanmış bir agar Petri kabına tutturulur. ; 3,4 × 108 CFU ml-1) ve ardından yaklaşık 24 saat boyunca 37 °C ve %56 bağıl nemde inkübe edilir. İnhibisyon zonu, diskin merkezinden çevreleyen kolonilerin iç çevresine doğru dikey olarak analiz edildi. Çalkalama şişesi yöntemi kullanılarak, test edilen Ag/PVA/PP kompozit kumaştan 2 × 2 cm2'lik düz bir plaka hazırlandı ve 121 °C ve 0,1 MPa'da 30 dakika boyunca bir et suyu ortamında otoklavlandı. Otoklavlamadan sonra, örnek 70 mL et suyu kültür çözeltisi (süspansiyon konsantrasyonu 1 × 105–4 × 105 CFU/mL) içeren 5 mL'lik bir Erlenmeyer şişesine daldırıldı ve ardından 150 °C'lik salınımlı bir sıcaklıkta, rpm'de ve 25 °C'de 18 saat boyunca inkübe edildi. Çalkaladıktan sonra, belirli bir miktar bakteri süspansiyonu toplayın ve on kat seyreltin. Gerekli miktarda seyreltilmiş bakteri süspansiyonu toplayın, agar besiyerine yayın ve 37 °C'de ve %56 bağıl nemde 24 saat boyunca kültüre edin. Antibakteriyel etkinliğin hesaplanması için formül şudur: \(\frac{\mathrm{C}-\mathrm{A}}{\mathrm{C}}\cdot 100\%\), burada C ve A sırasıyla 24 saat sonraki koloni sayısını ifade eder. Kontrol grubunda ve Ag/PVA/PP kompozit dokuda kültüre alınmıştır.
Ag/PVA/PP kompozit kumaşların dayanıklılığı ISO 105-C10:2006.1A'ya göre yıkama ile değerlendirilmiştir. Yıkama sırasında, test edilen Ag/PVA/PP kompozit kumaş (30x40 mm2) ticari deterjan (5,0 g/L) içeren sulu bir çözeltiye daldırılmış ve 40±2 rpm ve 40±5 rpm /dk yüksek hızda yıkanmıştır. °C'de 10, 20, 30, 40 ve 50 yıkama çevrimleri. Yıkamadan sonra kumaş üç kez su ile durulanmış ve 50-60°C'de 30 dakika kurutulmuştur. Antibakteriyel aktivite derecesini belirlemek için yıkamadan sonra gümüş içeriğindeki değişim ölçülmüştür.
Şekil 1, Ag/PVA/PP kompozit kumaşın üretim şemasını göstermektedir. Yani, PP dokusuz kumaş, PVA ve glikoz karışımı bir çözeltiye daldırılmaktadır. PP emdirilmiş dokusuz kumaş, bir sızdırmazlık tabakası oluşturmak üzere değiştiriciyi ve indirgeyici maddeyi sabitlemek için kurutulur. Kurutulmuş polipropilen dokusuz kumaş, gümüş nanopartiküllerini yerinde biriktirmek için gümüş amonyak çözeltisine daldırılır. Değiştiricinin konsantrasyonu, glikozun gümüş amonyağa molar oranı, gümüş amonyak konsantrasyonu ve reaksiyon sıcaklığı Ag NP'lerinin çökelmesini etkiler. önemli faktörlerdir. Şekil 2a, Ag/PVA/PP kumaşın su temas açısının değiştirici konsantrasyonuna bağımlılığını göstermektedir. Değiştirici konsantrasyonu %0,5 ağırlıkça %1,0 ağırlıkça %'ye çıktığında, Ag/PVA/PP kumaşın temas açısı önemli ölçüde azalır; Modifiye edici konsantrasyonu %1,0 ağırlıkça'dan %2,0 ağırlıkça'ya çıktığında pratik olarak değişmez. Şekil 2b, 50 mM gümüş amonyak konsantrasyonunda ve farklı glikoz/gümüş amonyağı mol oranlarında (1:1, 3:1, 5:1 ve 9:1) hazırlanmış saf PP liflerinin ve Ag/PVA/PP kumaşlarının SEM görüntülerini göstermektedir. . görüntü. ). Elde edilen PP lifi nispeten pürüzsüzdür. PVA film ile kapsüllemeden sonra, bazı lifler birbirine yapıştırılır; Gümüş nanopartiküllerin birikmesi nedeniyle lifler nispeten pürüzlü hale gelir. İndirgeyici maddenin glikoza mol oranı arttıkça, biriken Ag NP'leri tabakası kademeli olarak kalınlaşır ve mol oranı 5:1 ve 9:1'e arttıkça Ag NP'leri kümeler oluşturma eğilimindedir. PP lifinin makroskobik ve mikroskobik görüntüleri, özellikle indirgeyici maddenin glikoza mol oranı 5:1 olduğunda daha düzgün hale gelir. 50 mM gümüş amonyakta elde edilen ilgili numunelerin dijital fotoğrafları Şekil S1'de gösterilmektedir.
Farklı PVA konsantrasyonlarında Ag/PVA/PP kumaşının su temas açısındaki değişimler (a), 50 mM gümüş amonyak konsantrasyonunda ve çeşitli glikoz ve gümüş amonyak mol oranlarında elde edilen Ag/PVA/PP kumaşının SEM görüntüleri [(b))) ; (1) PP lifi, (2) PVA/PP lifi, (3) mol oranı 1:1, (4) mol oranı 3:1, (5) mol oranı 5:1, (6) mol oranı 9: 1], X-ışını kırınım deseni (c) ve gümüş amonyak konsantrasyonlarında elde edilen Ag/PVA/PP kumaşının SEM görüntüsü (d): (1) 5 mM, (2) 10 mM, (3) 30 mM, (4) 50 mM, (5) 90 mM ve (6) Ag/PP-30 mM. Reaksiyon sıcaklığı 60°C'dir.
Şekil 2c'de, elde edilen Ag/PVA/PP kumaşının X-ışını kırınım deseni gösterilmektedir. PP elyaf 37'nin kırınım tepe noktasına ek olarak, 2θ = ∼ 37,8°, 44,2°, 64,1° ve 77,3°'deki dört kırınım tepe noktası, kübik yüz merkezli gümüş nanopartiküllerin (1 1 1), (2 0 0), (2 2 0), Kristal düzlemine (3 1 1) karşılık gelmektedir. Gümüş amonyak konsantrasyonu 5'ten 90 mM'ye arttıkça, Ag'nin XRD desenleri daha keskin hale gelir ve bu da kristalinitedeki sonraki artışla tutarlıdır. Scherrer formülüne göre, 10 mM, 30 mM ve 50 mM gümüş amonyakla hazırlanan Ag nanopartiküllerinin tane boyutları sırasıyla 21,3 nm, 23,3 nm ve 26,5 nm olarak hesaplanmıştır. Bunun nedeni, gümüş amonyak konsantrasyonunun metalik gümüş oluşturmak için indirgeme reaksiyonunun arkasındaki itici güç olmasıdır. Gümüş amonyak konsantrasyonu arttıkça, Ag NP'lerinin çekirdeklenme ve büyüme hızı artar. Şekil 2d, farklı Ag amonyak konsantrasyonlarında elde edilen Ag/PVA/PP kumaşlarının SEM görüntülerini göstermektedir. 30 mM'lik bir gümüş amonyak konsantrasyonunda, biriken Ag NP tabakası nispeten homojendir. Ancak, gümüş amonyak konsantrasyonu çok yüksek olduğunda, Ag NP biriktirme tabakasının düzgünlüğü azalma eğilimindedir; bu, Ag NP biriktirme tabakasındaki güçlü aglomerasyondan kaynaklanıyor olabilir. Ek olarak, yüzeydeki gümüş nanopartiküller iki şekle sahiptir: küresel ve pullu. Küresel partikül boyutu yaklaşık 20-80 nm ve lameller yanal boyutu yaklaşık 100-300 nm'dir (Şekil S2). Değiştirilmemiş PP kumaşın yüzeyindeki Ag nanopartiküllerinin biriktirme tabakası eşit değildir. Ek olarak, sıcaklığın artırılması Ag NP'lerin indirgenmesini teşvik eder (Şekil S3), ancak çok yüksek bir reaksiyon sıcaklığı Ag NP'lerin seçici çökelmesini teşvik etmez.
Şekil 3a, gümüş amonyak konsantrasyonu, biriken gümüş miktarı ve hazırlanan Ag/PVA/PP kumaşının antibakteriyel aktivitesi arasındaki ilişkiyi şematik olarak göstermektedir. Şekil 3b, numunelerin antibakteriyel durumunu doğrudan yansıtabilen farklı gümüş amonyak konsantrasyonlarındaki numunelerin antibakteriyel örüntülerini göstermektedir. Gümüş amonyak konsantrasyonu 5 mM'den 90 mM'ye çıktığında, gümüş çökelme miktarı 13,67 g/kg'dan 481,81 g/kg'a yükselmiştir. Ayrıca, gümüş birikim miktarı arttıkça, E. coli'ye karşı antibakteriyel aktivite başlangıçta artmakta ve daha sonra yüksek bir seviyede kalmaktadır. Özellikle, gümüş amonyak konsantrasyonu 30 mM olduğunda, elde edilen Ag/PVA/PP kumaşındaki gümüş birikim miktarı 67,62 g/kg ve antibakteriyel oranı %99,99'dur. ve bu numuneyi sonraki yapısal karakterizasyon için temsili bir numune olarak seçin.
(a) Antibakteriyel aktivite düzeyi ile uygulanan Ag tabakası miktarı ve gümüş amonyak konsantrasyonu arasındaki ilişki; (b) Boş örnekleri gösteren dijital kamera ile çekilen bakteri kültürü plakalarının fotoğrafları ve 5 mM, 10 mM, 30 mM, 50 mM ve 90 mM gümüş amonyak kullanılarak hazırlanan örnekler. Ag/PVA/PP kumaşının Escherichia coli'ye karşı antibakteriyel aktivitesi
Şekil 4a, PP, PVA/PP, Ag/PP ve Ag/PVA/PP'nin FTIR/ATR spektrumlarını göstermektedir. Saf PP elyafının 2950 cm-1 ve 2916 cm-1'deki absorpsiyon bantları, –CH3 ve –CH2- gruplarının asimetrik gerilme titreşiminden, 2867 cm-1 ve 2837 cm-1'deki absorpsiyon bantları ise –CH3 ve –CH2 gruplarının –. –CH3 ve –CH2– simetrik gerilme titreşiminden kaynaklanmaktadır. 1375 cm-1 ve 1456 cm-1'deki absorpsiyon bantları, –CH338.39'un asimetrik ve simetrik kayma titreşimlerine atfedilmektedir. Ag/PP elyafının FTIR spektrumu, PP elyafınınkine benzerdir. PP'nin absorpsiyon bandına ek olarak, PVA/PP ve Ag/PVA/PP kumaşlarının 3360 cm-1'deki yeni absorpsiyon tepe noktası, –OH grubunun hidrojen bağının gerilmesine atfedilmektedir. Bu, PVA'nın polipropilen elyaf yüzeyine başarıyla uygulandığını göstermektedir. Ayrıca, Ag/PVA/PP kumaşının hidroksil emilim tepe noktası, PVA/PP kumaşınınkinden biraz daha zayıftır; bu durum, bazı hidroksil gruplarının gümüşle koordinasyonundan kaynaklanıyor olabilir.
Saf PP, PVA/PP kumaş ve Ag/PVA/PP kumaşın FT-IR spektrumu (a), TGA eğrisi (b) ve XPS ölçüm spektrumu (c) ve saf PP'nin C 1s spektrumu (d), PVA/PP PP kumaşı (e) ve Ag/PVA/PP kumaşının Ag 3d piki (f).
Şekil 4c'de PP, PVA/PP ve Ag/PVA/PP kumaşların XPS spektrumları gösterilmektedir. Saf polipropilen elyafın zayıf O 1s sinyali, yüzeye adsorbe edilen oksijen elementine atfedilebilir; 284,6 eV'deki C 1s piki ise CH ve CC'ye atfedilir (bkz. Şekil 4d). Saf PP elyafla karşılaştırıldığında, PVA/PP kumaş (Şekil 4e), 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) ve 288,5 eV (H–C=O)'da yüksek performans göstermektedir38. Ek olarak, PVA/PP kumaşının O 1s spektrumu, 532,3 eV ve 533,2 eV'deki iki tepe noktasıyla yaklaşık olarak hesaplanabilir41 (Şekil S4), bu C 1s tepe noktaları C–OH ve H–C=O'ya (PVA'nın hidroksil grupları ve aldehit glikoz grubu) karşılık gelir ve bu da FTIR verileriyle tutarlıdır. Ag/PVA/PP dokusuz kumaş, %65,81 (atomik yüzde) C, %22,89 O ve %11,31 Ag'den oluşan C-OH (532,3 eV) ve HC=O'nun (533,2 eV) O 1s spektrumunu korur (Şekil S5) (Şekil S4). Özellikle 368,2 eV ve 374,2 eV'deki Ag 3d5/2 ve Ag 3d3/2 pikleri (Şekil 4f), Ag NP'lerinin PVA/PP42 dokusuz kumaşın yüzeyine katkılandığını daha da kanıtlamaktadır.
Saf PP, Ag/PP kumaş ve Ag/PVA/PP kumaşın TGA eğrileri (Şekil 4b), benzer termal ayrışma süreçlerinden geçtiklerini ve Ag NP'lerinin birikiminin PP'nin termal bozunma sıcaklığında hafif bir artışa yol açtığını göstermektedir. lifler PVA/PP lifleri (480 °C'den (PP lifleri) 495 °C'ye), muhtemelen bir Ag bariyerinin oluşumu nedeniyle43. Aynı zamanda, 800 °C'de ısıtıldıktan sonra PP, Ag/PP, Ag/PVA/PP, Ag/PVA/PP-W50 ve Ag/PP-W50'nin saf numunelerinin kalan miktarları sırasıyla %1,32, %16,26 ve %13,86 olmuştur. % sırasıyla %9,88 ve %2,12'dir (buradaki W50 eki 50 yıkama döngüsünü ifade eder). Saf PP'nin geri kalanı safsızlıklara, kalan numunelerin geri kalanı ise Ag NP'lerine atfedilmiştir ve gümüş yüklü numunelerin kalan miktarları arasındaki fark, üzerlerine yüklenen farklı miktardaki gümüş nanopartiküllerinden kaynaklanıyor olmalıdır. Ayrıca, Ag/PP kumaş 50 kez yıkandıktan sonra kalan gümüş içeriği %94,65, Ag/PVA/PP kumaşın kalan gümüş içeriği ise yaklaşık %31,74 oranında azalmıştır. Bu durum, PVA kapsülleme kaplamasının AgNP'lerin PP matrisine yapışmasını etkili bir şekilde iyileştirebileceğini göstermektedir.
Giyim konforunu değerlendirmek için hazırlanan polipropilen kumaşın hava geçirgenliği ve su buharı geçirgenlik oranı ölçüldü. Genel olarak nefes alabilirlik, özellikle sıcak ve nemli ortamlarda kullanıcının termal konforuyla ilişkilidir44. Şekil 5a'da görüldüğü gibi saf PP'nin hava geçirgenliği 2050 mm/s'dir ve PVA'nın modifiye edilmesinden sonra 856 mm/s'ye düşer. Bunun nedeni, PP elyaf yüzeyinde ve dokuma kısmında oluşan PVA filminin elyaflar arasındaki boşlukları azaltmaya yardımcı olmasıdır. Ag NP'leri uygulandıktan sonra, Ag NP'leri uygulanırken PVA kaplamasının tüketilmesi nedeniyle PP kumaşın hava geçirgenliği artar. Ayrıca, Ag/PVA/PP kumaşların nefes alabilirliği, gümüş amonyak konsantrasyonu 10'dan 50 mmol'e çıktıkça azalma eğilimindedir. Bu, gümüş tortusunun kalınlığının, gözenek sayısını ve su buharının içlerinden geçme olasılığını azaltmaya yardımcı olan gümüş amonyak konsantrasyonuyla artmasından kaynaklanıyor olabilir.
(a) Farklı gümüş amonyak konsantrasyonlarıyla hazırlanan Ag/PVA/PP kumaşların hava geçirgenliği; (b) Farklı gümüş amonyak konsantrasyonlarıyla hazırlanan Ag/PVA/PP kumaşların su buharı geçirgenliği; (c) Çeşitli değiştiriciler Farklı konsantrasyonlarda elde edilen Ag Kumaş/PVA/PP'nin çekme eğrisi; (d) Farklı gümüş amonyak konsantrasyonlarında elde edilen Ag/PVA/PP kumaşın çekme eğrisi (30 mM gümüş amonyak konsantrasyonunda elde edilen Ag/PVA/PP kumaş da gösterilmiştir) (40 yıkama döngüsünden sonra PP kumaşların çekme eğrilerini karşılaştırın).
Su buharı iletim hızı, bir kumaşın termal konforunun bir diğer önemli göstergesidir45. Kumaşların nem geçirgenliğinin esas olarak nefes alabilirlik ve yüzey özelliklerinden etkilendiği ortaya çıkmıştır. Yani hava geçirgenliği esas olarak gözenek sayısına bağlıdır; yüzey özellikleri, su moleküllerinin adsorpsiyon-difüzyon-desorpsiyonu yoluyla hidrofilik grupların nem geçirgenliğini etkiler. Şekil 5b'de görüldüğü gibi, saf PP elyafının nem geçirgenliği 4810 g/(m2·24h)'dir. PVA kaplama ile kapatıldıktan sonra, PP elyafındaki delik sayısı azalır, ancak PVA/PP kumaşının nem geçirgenliği 5070 g/(m2·24 h)'ye yükselir, çünkü nem geçirgenliği esas olarak gözenekler tarafından değil, yüzey özellikleri tarafından belirlenir. AgNP'lerin biriktirilmesinden sonra, Ag/PVA/PP kumaşının nem geçirgenliği daha da artmıştır. Özellikle, 30 mM gümüş amonyak konsantrasyonunda elde edilen Ag/PVA/PP kumaşların maksimum nem geçirgenliği 10300 g/(m²·24h)'dir. Aynı zamanda, farklı gümüş amonyak konsantrasyonlarında elde edilen Ag/PVA/PP kumaşların farklı nem geçirgenlikleri, gümüş biriktirme tabakasının kalınlığı ve gözenek sayısındaki farklılıklarla ilişkili olabilir.
Kumaşların mekanik özellikleri, özellikle geri dönüştürülebilir malzemeler olduklarında, hizmet ömürlerini büyük ölçüde etkiler46. Şekil 5c, Ag/PVA/PP kumaşının çekme gerilimi eğrisini göstermektedir. Saf PP'nin çekme dayanımı yalnızca 2,23 MPa iken, %1 ağırlık oranındaki PVA/PP kumaşının çekme dayanımı önemli ölçüde artarak 4,56 MPa'ya ulaşmıştır. Bu da PVA PP kumaşının kapsüllenmesinin mekanik özelliklerini önemli ölçüde iyileştirmeye yardımcı olduğunu göstermektedir. PVA/PP kumaşının çekme dayanımı ve kopma uzaması, PVA modifiye edici konsantrasyonu arttıkça artar çünkü PVA filmi gerilimi kırabilir ve PP elyafını güçlendirebilir. Ancak, modifiye edici konsantrasyonu %1,5 ağırlık oranına çıktığında, yapışkan PVA polipropilen kumaşı sertleştirir ve bu da giyim konforunu ciddi şekilde etkiler.
Saf PP ve PVA/PP kumaşlarla karşılaştırıldığında, Ag/PVA/PP kumaşların çekme mukavemeti ve kopma uzaması, PP liflerinin yüzeyinde eşit olarak dağılmış Ag nanopartiküllerinin yükü dağıtabilmesi sayesinde daha da iyileştirilmiştir47,48. Ag/PP lifinin çekme mukavemetinin saf PP'den daha yüksek olduğu ve 3,36 MPa'ya ulaştığı görülebilir (Şekil 5d). Bu da Ag NP'lerin güçlü ve güçlendirici etkisini doğrular. Özellikle, 30 mM gümüş amonyak konsantrasyonunda (50 mM yerine) üretilen Ag/PVA/PP kumaş, Ag NP'lerin eşit şekilde birikmesinin yanı sıra eşit şekilde birikmesinden de kaynaklanan maksimum çekme mukavemeti ve kopma uzaması sergiler. Yüksek gümüş amonyak konsantrasyonu koşullarında gümüş NP'lerin kümelenmesi. Ayrıca, 30 mM gümüş amonyak konsantrasyonunda hazırlanan Ag/PVA/PP kumaşın 40 yıkama çevriminden sonra çekme mukavemeti ve kopma uzaması sırasıyla %32,7 ve %26,8 oranında azaldı (Şekil 5d), bu da bundan sonra biriken gümüş nanopartiküllerinde küçük bir kayıpla ilişkili olabilir.
Şekil 6a ve b, 30 mM gümüş amonyak konsantrasyonunda 0, 10, 20, 30, 40 ve 50 yıkama döngülerinden sonra Ag/PVA/PP kumaş ve Ag/PP kumaşın dijital kamera fotoğraflarını göstermektedir. Koyu gri Ag/PVA/PP kumaş ve Ag/PP kumaş yıkamadan sonra kademeli olarak açık griye dönmektedir; ve ilk kumaşın yıkama sırasındaki renk değişimi ikinci kumaş kadar ciddi görünmemektedir. Ayrıca, Ag/PP kumaşla karşılaştırıldığında, Ag/PVA/PP kumaşın gümüş içeriği yıkamadan sonra nispeten yavaş bir şekilde azalmıştır; 20 veya daha fazla yıkamadan sonra, ilk kumaş ikincisinden daha yüksek bir gümüş içeriğini korumuştur (Şekil 6c). Bu, PP liflerinin PVA kaplamasıyla kapsüllenmesinin, Ag NP'lerinin PP liflerine yapışmasını önemli ölçüde artırabileceğini göstermektedir. Şekil 6d, Ag/PVA/PP kumaş ve Ag/PP kumaşın 10, 40 ve 50 yıkama döngülerinden sonraki SEM görüntülerini göstermektedir. Ag/PVA/PP kumaşlar, yıkama sırasında Ag/PP kumaşlara göre daha az Ag NP kaybı yaşarlar; bunun nedeni yine PVA kapsülleme kaplamasının Ag NP'lerin PP liflerine yapışmasını iyileştirmeye yardımcı olmasıdır.
(a) 0, 10, 20, 30, 40 ve 50 yıkama çevriminden sonra dijital kamera ile çekilen Ag/PP kumaş fotoğrafları (30 mM gümüş amonyak konsantrasyonunda çekilmiştir) (1-6); (b) 0, 10, 20, 30, 40 ve 50 yıkama çevriminden sonra dijital kamera ile çekilen Ag/PVA/PP kumaş fotoğrafları (30 mM gümüş amonyak konsantrasyonunda çekilmiştir) (1-6); (c) İki kumaşın yıkama çevrimleri boyunca gümüş içeriğindeki değişimler; (d) 10, 40 ve 50 yıkama çevriminden sonra Ag/PVA/PP kumaş (1-3) ve Ag/PP kumaş (4-6) SEM görüntüleri.
Şekil 7, Ag/PVA/PP kumaşların 10, 20, 30 ve 40 yıkama döngüsünden sonra E. coli'ye karşı antibakteriyel aktivitesini ve dijital kamera fotoğraflarını göstermektedir. 10 ve 20 yıkamadan sonra, Ag/PVA/PP kumaşların antibakteriyel performansı %99,99 ve %99,93'te kalarak mükemmel antibakteriyel aktivite göstermiştir. Ag/PVA/PP kumaşın antibakteriyel seviyesi, uzun süreli yıkamadan sonra AgNP'lerin kaybından dolayı 30 ve 40 yıkamadan sonra hafifçe düşmüştür. Ancak, Ag/PP kumaşın 40 yıkamadan sonraki antibakteriyel oranı yalnızca %80,16'dır. Ag/PP kumaşın 40 yıkama döngüsünden sonraki antibakteriyel etkisinin Ag/PVA/PP kumaştan çok daha az olduğu açıktır.
(a) E. coli'ye karşı antibakteriyel aktivite düzeyi. (b) Karşılaştırma amacıyla, Ag/PVA/PP kumaşının 10, 20, 30, 40 ve 40 döngü boyunca 30 mM gümüş amonyak konsantrasyonunda yıkanmasından sonra dijital kamera ile çekilen fotoğrafları da gösterilmiştir.
Şekil 8, iki aşamalı rulodan ruloya üretim yöntemi kullanılarak büyük ölçekli Ag/PVA/PP kumaş üretimini şematik olarak göstermektedir. Yani, PVA/glikoz çözeltisi rulo çerçevesine belirli bir süre batırılmış, ardından çıkarılmış ve aynı şekilde gümüş amonyak çözeltisi ile emprenye edilerek Ag/PVA/PP kumaş elde edilmiştir. (Şekil 8a). Elde edilen Ag/PVA/PP kumaş, 1 yıl bekletilse bile mükemmel antibakteriyel etkisini korumaktadır. Büyük ölçekli Ag/PVA/PP kumaş üretimi için, elde edilen PP dokusuz kumaşlar sürekli bir rulo işlemiyle emprenye edilmiş ve ardından sırayla bir PVA/glikoz çözeltisi ve bir gümüş amonyak çözeltisinden geçirilerek iki yöntemle işlenmiştir. Ekli videolar. Emprenye süresi, silindirin hızı ayarlanarak, adsorbe edilen çözelti miktarı ise silindirler arasındaki mesafe ayarlanarak kontrol edilir (Şekil 8b), böylece büyük boyutlu (50 cm × 80 cm) hedef Ag/PVA/PP dokusuz kumaş elde edilir. ) ve toplama silindiri. Tüm süreç basit ve verimlidir, bu da büyük ölçekli üretime elverişlidir.
Büyük boyutlu hedef ürünlerin üretimine ait şematik diyagram (a) ve Ag/PVA/PP nonwoven malzemelerin üretimine ait rulo prosesinin şematik diyagramı (b).
Gümüş içeren PVA/PP dokunmamış kumaşlar, rulodan ruloya yöntemiyle birleştirilmiş basit bir yerinde sıvı faz biriktirme teknolojisi kullanılarak üretilir. PP kumaş ve PVA/PP kumaş ile karşılaştırıldığında, hazırlanan Ag/PVA/PP dokunmamış kumaşın mekanik özellikleri önemli ölçüde iyileştirilmiştir çünkü PVA sızdırmazlık tabakası Ag NP'lerinin PP liflerine yapışmasını önemli ölçüde iyileştirebilir. Ayrıca, Ag/PVA/PP dokunmamış kumaştaki PVA yükleme miktarı ve gümüş NP içeriği, PVA/glikoz çözeltisi ve gümüş amonyak çözeltisinin konsantrasyonları ayarlanarak iyi bir şekilde kontrol edilebilir. Özellikle, 30 mM gümüş amonyak çözeltisi kullanılarak hazırlanan Ag/PVA/PP dokunmamış kumaş en iyi mekanik özellikleri göstermiş ve 40 yıkama döngüsünden sonra bile E. coli'ye karşı mükemmel antibakteriyel aktiviteyi koruyarak iyi bir kirlenme önleme potansiyeli göstermiştir. PP dokunmamış malzeme. Diğer literatür verileriyle karşılaştırıldığında, daha basit yöntemler kullanarak elde ettiğimiz kumaşlar yıkamaya karşı daha iyi direnç göstermiştir. Ayrıca, elde edilen Ag/PVA/PP nonwoven kumaş ideal nem geçirgenliğine ve giyim konforuna sahip olup, endüstriyel uygulamalarda kullanımını kolaylaştırmaktadır.
Bu çalışma sırasında elde edilen veya analiz edilen tüm verileri (ve bunları destekleyen bilgi dosyalarını) ekleyin.
Russell, SM ve diğerleri. COVID-19 sitokin fırtınasıyla mücadele için biyosensörler: önümüzdeki zorluklar. ACS Sens. 5, 1506–1513 (2020).
Zaeem S, Chong JH, Shankaranarayanan V ve Harkey A. COVID-19 ve çoklu organ yanıtları. güncel. soru. kalp. 45, 100618 (2020).
Zhang R ve ark. 2019 yılında Çin'de koronavirüs vakalarının sayısının tahminleri evreye ve endemik bölgelere göre ayarlanmıştır. ön. tıp. 14, 199–209 (2020).
Gao J. ve diğerleri. Elektromanyetik girişim koruması için esnek, süperhidrofobik ve yüksek iletkenliğe sahip dokunmamış polipropilen kumaş kompozit malzeme. Kimya mühendisi. J. 364, 493–502 (2019).
Raihan M. ve ark. Çok işlevli poliakrilonitril/gümüş nanokompozit filmlerin geliştirilmesi: antibakteriyel aktivite, katalitik aktivite, iletkenlik, UV koruması ve aktif SERS sensörleri. J. Matt. kaynak. teknolojileri. 9, 9380–9394 (2020).
Dawadi S, Katuwal S, Gupta A, Lamichane U ve Parajuli N. Gümüş nanopartiküller üzerine güncel araştırmalar: sentez, karakterizasyon ve uygulamalar. J. Nanomaterials. 2021, 6687290 (2021).
Deng Da, Chen Zhi, Hu Yong, Ma Jian, Tong YDN Gümüş bazlı iletken mürekkebin hazırlanması ve frekans seçici yüzeylere uygulanması için basit bir işlem. Nanoteknoloji 31, 105705–105705 (2019).
Hao, Y. ve diğerleri. Hiperdallanmış polimerler, esnek devrelerin mürekkep püskürtmeli baskısında gümüş nanopartiküllerin stabilizatör olarak kullanılmasını sağlar. R. Shuker. Kimyasal. 43, 2797–2803 (2019).
Keller P ve Kawasaki HJML Esnek sensörlerde potansiyel uygulamalar için gümüş nanopartiküllerin kendi kendine birleşmesiyle üretilen iletken yaprak damar ağları. Matt. Wright. 284, 128937.1-128937.4 (2020).
Li, J. ve diğerleri. Yüzey geliştirilmiş Raman saçılması için potansiyel substratlar olarak gümüş nanopartiküllerle süslenmiş silika nanoküreler ve diziler. ASU Omega 6, 32879–32887 (2021).
Liu, X. ve diğerleri. Yüksek sinyal kararlılığı ve düzgünlüğüne sahip büyük ölçekli esnek yüzeyli geliştirilmiş Raman saçılma sensörü (SERS). ACS Uygulama Mat. Arayüzler 12, 45332–45341 (2020).
Sandeep, KG ve diğerleri. Gümüş nanopartiküllerle süslenmiş fulleren nanorodların (Ag-FNR'ler) hiyerarşik bir hetero yapısı, etkili tek partikül bağımsız bir SERS substratı olarak işlev görür. fizik. Kimyasal. Kimyasal. fizik. 27, 18873–18878 (2018).
Emam, HE ve Ahmed, HB Boya katalizli bozunma sırasında homometalik ve heterometalik agar bazlı nanoyapıların karşılaştırmalı çalışması. uluslararasılık. J. Biol. Büyük moleküller. 138, 450–461 (2019).
Emam, HE, Mikhail, MM, El-Sherbiny, S., Nagy, KS ve Ahmed, HB Aromatik kirleticilerin azaltılması için metal bağımlı nanokataliz. Çarşamba. bilim. kirletmek. kaynak. uluslararasılık. 27, 6459–6475 (2020).
Ahmed HB ve Emam HE Potansiyel su arıtımı için oda sıcaklığında tohumlardan yetiştirilen üçlü çekirdek-kabuk (Ag-Au-Pd) nanoyapılar. polimer. test. 89, 106720 (2020).
Gönderim zamanı: 26-11-2023