基于植物还原的银纳米颗粒在织物及聚醚砜超滤膜中的抗菌应用

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目前市场上存在的各种抗菌材料中,银系抗菌剂因其安全、高效、不易产生耐药性以及良好的耐久性,已占据主导地位。纳米银是以纳米技术为基础研制而成的新型抗菌产品,由于量子效应和尺寸效应,具有普通银系抗菌剂无法比拟的抗菌效果。生物还原法是一种近年来发展起来的一种制备金属纳米颗粒的绿色合成方法,该法具有绿色、环保、生物兼容性好等诸多优点。本研究以植物提取液还原制备银纳米颗粒(AgNPs),探讨其粒径的调控规律,并着重研究将其作为抗菌剂应用于织物整理以及聚醚砜(PES)超滤膜改性中的性能。  首先,以黄芩提取液在90℃条件下快速还原硝酸银得到纳米银溶胶,并借助紫外可见吸收光谱(UV-Vis)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)等技术对其进行表征,研究其制备银纳米颗粒的粒径调控规律。结果表明提高植物提取液浓度、增加氢氧化钠的加入量均有利于制得粒径较小的银纳米颗粒。该粒径调控规律对芳樟、洋浦桃、丁香等植物提取液同样适用,实验条件下四种植物质对银离子的还原率均在99%以上。将黄芩提取液所制得的AgNPs以浸渍法负载到纯棉织物上,通过AAS测定织物上银的负载量,从而得到较优的浸渍工艺条件为:时间30h,温度55℃,浴比1∶25。分别研究了植物质种类、AgNPs粒径对织物载银量及抗菌效果的影响,发现在所用的四种植物质提取液中抗菌织物的载银量与AgNPs的粒径大小无关,而与植物质的种类有关;抑菌效果则与粒径密切相关,AgNPs的粒径越小,所得载银织物的抑菌效果越好;利用本身具有抑菌效果的黄芩、丁香植物质来制备AgNPs,有利于增强所得载银织物的整体抗菌性能。  进一步,以四种植物提取液中筛选出的抑菌效果最优的黄芩为目标生物质,在上述确定的较优浸渍工艺条件下制得载银抗菌织物,对其抗菌广谱性、耐洗性、以及拉伸性能等进行了测试。抗菌广谱性测试结果表明,该载银织物对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌的抑菌率均高达99%,且对霉菌也具有抑制作用。耐洗性检测表明,织物经过水洗或皂洗之后,载银量明显降低,抑菌效果也显著下降;适量丙烯酸乳液的引入成功地改善了织物的耐洗性能,且抑菌效果不受影响。织物的拉伸性能测试结果表明添加AgNPs以及粘合剂所得的抗菌织物的断裂强力保持率均在80%以上,达到实际应用要求。  最后,选用黄芩提取液制备的粒径约为6nm的AgNPs通过湿法相转化法改性PES超滤膜。利用扫描电镜观察膜表面及断面结构,发现改性前后超滤膜的孔径并没有明显的改变,通过能谱(EDS)在改性膜表面确认了银元素的存在。膜的水接触角测试结果表明,改性膜的亲水性能优于未改性膜,且载银量越高,亲水性越强。分别测定改性前后PES超滤膜的通量、截留率,发现膜通量随着亲水性能的改善而呈增大的趋势,且AgNPs的引入对PES膜的截留率几乎没有影响。PES膜上银纳米颗粒的稳定性测试显示,在银损失最严重的第1次过滤过程中银的流失率都低于1%,所以,AgNPs在膜上具有非常理想的稳定性。以大肠杆菌为测试菌种,对PES超滤膜进行抑菌性能测试及抗生物污染性能测试。抑菌测试结果表明改性膜的抑菌率接近100%,说明改性膜具有极强的抑菌能力。通过SEM观察细菌在膜表面培养24h之后的生长情况,发现未改性膜的表面粘附了大量的细菌,形成了生物膜;而改性膜的表面则只有少量的细菌附着,阻止了生物膜的形成,有效降低了膜的生物污染。
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