載銀納米二氧化鈦的抗菌整理

載銀納米二氧化鈦的抗菌整理

它以其舒適度、柔軟性、通風性好、透濕性好等優(yōu)點而聞名于人類。此外，它與人類親和力良好，是廣泛應用的醫(yī)療材料之一。然而，棉紡材料對細菌沒有保護。因此，對于服裝或醫(yī)療用途，應賦予棉紡材料抗菌功能，尤其是后者，以有效防止皮膚損傷、淺部細菌感染和手術后傷口感染。目前，應用最廣泛的抗菌劑是抗菌劑，具有廣光譜、可接近性和安全性等優(yōu)點，主要是以銀離子為活性成分的金屬離子型和以ti2為代表的光激發(fā)型。ag抗菌劑具有很強的抗菌性、低使用能力、耐酸性、耐鹽性、環(huán)境保護等特點。然而，由于成本高、易攜帶，但由于抗菌劑的高光激發(fā)和活動，以及耐酸堿和光化學侵蝕、成本低、環(huán)境保護等優(yōu)點，但需要紫外輻射才能發(fā)揮強抗菌效果?？紤]到兩者的優(yōu)缺點，作者選擇了一種新型的抗菌劑-銀納米二氧化鈦（納米ag.tio2）。在這項工作中，我們收集了分散的納米ag和tio2溶液，并通過浸泡和扭轉將其分類到分散的棉紡中，以研究其抗菌性和耐洗性，并分析了其抗菌機制。1測試1.1實驗試劑與儀器納米Ag/TiO2粉體(含銀0.4%,湖南郴州貴金屬有限公司),聚丙烯酸鈉(含固量40%,分子質量M=4000,山東濰坊恒興化工有限公司),氨水(NH3·H2O,上海信科化學試劑公司,分析純),純棉平紋細布(規(guī)格110×9040s×40s,蘇州印染廠有限公司),銳鈦礦型TiO2粉體(納米級,江蘇河海納米科技股份有限公司),AgNO3(上海試劑一廠,分析純),金黃色葡萄球菌(ATCC6538)、大腸桿菌(ATCC8099),蘇州大學生命科學學院.儀器:VistaMPX型電感耦合等離子原子發(fā)射光譜儀(美國瓦里安公司),XSAM800型多功能表面電子能譜儀(英國KRATOS公司).1.2納米ag/tio分散液的制備納米Ag/TiO2分散液的配制:稱取一定量的納米Ag/TiO2粉體和分散劑聚丙烯酸鈉于容器中,加入一定體積的去離子水,并調節(jié)pH為7,于30℃水中超聲20min,再攪拌15min,得到分散液.將經1%平平加O溶液浸過的棉織物放入45℃上述納米Ag/TiO2分散液中(浴比1∶40),浸漬振蕩30min,二浸二軋,軋余率為70%,80℃預烘2min,一定溫度下焙烘3min,再用去離子水洗滌后晾干.1.3抑菌率的測定抗菌性:根據(jù)最新FZ/T73023-2006抗菌標準,將經高壓蒸汽鍋滅菌后的試樣剪成0.5cm×0.5cm樣片,稱取(0.75±0.05)g放入250mL具塞三角燒瓶中,蓋上瓶塞經高壓蒸汽滅菌,自然冷卻后分別加入70mLPBS和5mL菌懸液,然后將三角燒瓶固定于振蕩搖床上,于25℃恒溫下,以150r/min振蕩(18±1)h.振蕩結束后,從每個燒瓶中用吸管吸取1mL試液,放入9mL0.03mol/LPBS緩沖液的試管中,搖勻.用10倍稀釋法進行系列稀釋.從每個稀釋度的試管中分別取1mL稀釋菌液,放入兩個培養(yǎng)皿作平行樣,再向每個培養(yǎng)皿中倒入營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基約15mL,室溫凝固,倒置培養(yǎng)皿.將培養(yǎng)皿放置于37℃生化培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24~48h后,數(shù)出每個培養(yǎng)皿上的菌落數(shù),然后通過公式W=Z×N計算振蕩接觸18h后燒瓶內的活菌濃度.式中,W為試樣燒瓶內的活菌濃度,cfu/mL;Z為菌落數(shù)(2個培養(yǎng)皿上的平均值);N為稀釋指數(shù),N=100,101,102……按下式計算抑菌率,Y=(1-Wc/Wb)×100%,式中,Y為抑菌率(%);Wb為標準空白試樣振蕩接觸18h后燒瓶內的活菌濃度,cfu/mL;Wc為抗菌織物試樣振蕩接觸18h后燒瓶內的活菌濃度,cfu/mL.耐洗性:將試樣放入含標準合成洗滌劑5g/L(浴比1∶50)的溶液中,于40℃下洗滌3min,然后用去離子水清洗,此為一次完整洗滌.分別對試樣進行不同洗滌次數(shù)后自然晾干,測試相應性能.采用振蕩燒瓶法對樣品進行抗菌性能測試,考察負載織物的抗菌耐久性.銀含量(ICP-AES):將50mg整理棉織物用10mL濃硝酸(65%)溶解,再用水稀釋10倍后靜置,然后采用電感耦合等離子原子發(fā)射光譜儀在Ag波段(328nm)下測定試液中銀的含量.X射線光電子能譜(XPS):采用多功能表面電子能譜儀,試驗條件為MgKα(1256.4eV)X射線源,功率12kV×15mA,分析器采用高倍、FAT模式,分析室真空1×10-7Pa,結合能值以污染碳C1s(BE=284.8eV)校正.2結果與討論2.1影響抗菌性能的因素2.1.1納米ag/ti0分散液對抗菌性能的影響由表1可知,隨著納米Ag/TiO2分散液質量濃度的增加,整理棉織物的抑菌率隨之增大,抗菌性能增強,10g/L時,對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抑菌率均已高達99.00%以上.從經濟效益和織物的服用性能看,質量濃度越大所用的無機抗菌粉體越多,銀含量也越多,造成浪費,還會降低織物的白度等服用性能.因此,選擇納米Ag/TiO2分散液10g/L.2.1.2溫度太低時織物上的抗菌性能表2顯示,當溫度為130℃時,整理棉織物對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抑菌率分別為99.10%和99.01%,抗菌性最強.原因是溫度太低,不能將分散液較好固著在織物上;溫度升高時,抑菌率有所增大,但溫度太高,又會造成大部分銀被氧化,織物呈現(xiàn)出明顯的灰黑色,影響了織物的白度.所以,焙烘溫度選擇130℃最佳.2.2耐洗性和抗菌性能由圖1可知,隨著洗滌次數(shù)的增加,整理棉織物對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抑菌率均稍有降低,但仍保持優(yōu)良的抗菌效果.由此說明,經納米Ag/TiO2分散液整理的棉織物耐洗性較好.2.3納米ag和ti2抗菌機研究2.3.1納米ag/tio3整理棉織物的抗菌性由表3可知,納米Ag/TiO2整理棉織物比AgNO3和TiO2整理棉織物的抗菌效果都強.表中ICP數(shù)據(jù)顯示,經納米Ag/TiO2和AgNO3整理的棉織物上的銀含量相近,前者略低,但抑菌率卻高于后者,由此證明,納米Ag/TiO2整理棉織物的抗菌性不僅來源于銀,也受TiO2抗菌作用的影響.納米Ag/TiO2整理棉織物中的TiO2含量與單一TiO2含量相同但抑菌率遠高于TiO2,由此證明,納米Ag/TiO2整理棉織物的抗菌性與TiO2有關,更受Ag的抗菌作用影響,是二者的雙重抗菌效果所致.2.3.2結合能峰的測定文獻中列出單質Ag和Ag2O的標準結合能分別為368.2eV和367.8eV.本文采用X射線光電子能譜(XPS)測定納米Ag/TiO2粉體及其整理棉織物中Ag元素的結合能,以確定其存在的化學價態(tài).由圖2(a)可知,納米Ag/TiO2粉體中的銀在368.5eV處存在強的結合能峰,與單質Ag的標準結合能接近;在367.2eV處有一小的結合能峰,與Ag2O的標準結合能接近.擬合曲線①表明,所測試樣中Ag3d的結合能為368.4eV,對應于單質Ag的結合能,說明納米Ag/TiO2粉體中的銀主要以單質Ag存在.由圖2(b)可知,納米Ag/TiO2整理棉織物中的銀在367.1eV和368.4eV處存在的結合能峰分別對應于Ag2O和單質Ag的結合能.擬合曲線①表明,所測試樣中Ag3d的結合能為367.3eV,對應于Ag2O的結合能,說明納米Ag/TiO2整理到棉織物上時,大部分單質Ag被氧化成Ag2O.由于Ag2O遇水非常容易發(fā)生以下反應:Ag2O+H2O→2Ag++2OH-,生成Ag+,而Ag+的溶出使其具有抗菌效果.所以,可以確定納米Ag/TiO2中的銀主要為溶出殺菌機理.2.3.3抑菌率的比較納米Ag/TiO2整理棉織物在不同環(huán)境下放置6h后的抑菌率見表4.由表4可以看出,在黑暗中,納米Ag/TiO2整理棉織物對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抑菌率分別為79.13%和78.95%;在自然光照射下,其抑菌率分別提高到82.01%和81.58%;在紫外光照射下,其表現(xiàn)出了更優(yōu)的抗菌作用,抑菌率分別為87.77%和87.43%.在這三種環(huán)境下,抗菌性能呈現(xiàn)遞增趨勢,證明了納米Ag/TiO2中的TiO2與單一TiO2同為光催化型抗菌劑當受到紫外光或近紫外光的照射時,才能激發(fā)出羥基自由基等光活性粒子,起到抗菌作用,故在紫外光照射下抗菌效果最好.在自然光中有少量的近紫外光線TiO2的吸收光譜范圍會變寬以及吸光能力也增強,促使光催化活性大幅度提高,整理棉織物在自然光中的抗菌性優(yōu)于黑暗環(huán)境.綜上所述,納米Ag/TiO2的抗菌作用源于銀離子的溶出抗菌和TiO2的光催化抗菌,并且兩者起到了雙重抗菌效果.3納米ag/tio3整理棉織物抗菌性能(1)納米Ag/TiO2分散液質量濃度為10g/L,焙烘溫度為130℃時,整理棉織物