抗菌纤维（共5篇）
抗菌纤维 篇1
纳米技术是20世纪80年代末期新崛起的一门高新技术, 其在机械、电子、材料、光学、化工、医药等诸多领域已得到越来越广泛的应用。作为现代高新技术研究的热点之一, 纳米材料在纺织工业有着广阔的应用前景, 如何利用纳米材料的特殊性能, 改善和提高纺织品的功能和特性, 开发新原料, 发展新产品是目前纺织工业面临的一种新的机遇和挑战。
将纳米科技与纤维制造有机地结合起来, 开发出了纳米抗菌干法腈纶纤维及纳米抗菌拉舍尔毛毯。利用纳米材料作为纺丝添加剂, 解决了由于添加物颗粒大纺丝时易堵塞喷丝孔的问题, 添加量小即可使纤维赋予高性能的抗菌防臭功能, 添加的功能助剂 (纳米材料) 属绿色化学品。所研制的抗菌纤维及抗菌拉舍尔毛毯, 抑菌率均达到90%以上, 对纤维及制品的物理机械性能无不良影响。目前, 纤维及抗菌拉舍尔毛毯已形成规模化生产, 抗菌拉舍尔毛毯已得到日本客户的认可。
纳米抗菌腈纶纤维在干法腈纶厂可生产, 在拉舍尔毛毯生产厂家可生产纳米抗菌拉舍尔毛毯。
市场预测
该项目研究了纳米干法抗菌腈纶纤维的纺丝、纺织及染整加工技术, 生产过程中无“三废”污染。抗菌腈纶及抗菌腈纶拉舍尔毛毯具有显著的社会效益及经济效益。
1、纳米抗菌腈纶纤维效益分析
普通干法腈纶纤维成本:14316元/吨;普通干法腈纶纤维销售价:16750元/吨;纳米材料成本:4000元/吨;纳米抗菌干法腈纶成本:18316元/吨;纳米抗菌干法腈纶销售价:22000元/吨;以每年生产销售1000吨计;工业产值:2200万;利税:500万元。
2、纳米腈纶抗菌拉舍尔毛毯效益分析
以每年生产销售纳米腈纶拉舍尔毛毯 (150cm×200cm×1.6Kg) 60万条计:普通腈纶拉舍尔毛毯成本;64.45元/条。普通腈纶拉舍尔毛毯销售价:68.26元/条。抗菌腈纶拉舍尔毛毯成本;67.96元/条;抗菌腈纶拉舍尔毛毯销售价:82.28元/条;工业产值:4936.8万元;利税:1000万元。
纳米抗菌干法腈纶纤维及拉舍尔毛毯的开发, 填补了国内空白。包含该项目研究内容的“纳米纤维材料及纳米功能纺织品开发”项目已被列入国家“863”高技术科技发展项目。纳米抗菌干法腈纶纤维及纳米抗菌拉舍尔毛毯的开发具有重大的社会意义和显著的经济效益。
转化方式
技术入股或一次性转让。
单位:青岛大学科研处科技开发服务中心
地址:青岛市宁夏路308号
邮编:266071
电话: (0532) 85953705
纳米腈纶抗菌纤维的生产及应用 篇2
所谓“纳米” (nm) 是英文nanometer的译名, 是一种度量单位, 1纳米为百万分之一毫米。纳米尺寸范围是物质由宏观到微观、从块体到分子、原子的过渡区。此时, 一方面量子效应已十分显著, 另一方面宏观规律尚在起作用。宏观和微观规律的这种大交叠, 导致纳米材料具有特殊的比表面效应、小尺寸效应、界面效应、宏观量子效应等, 这些效应使纳米材料的光、电、磁、热、催化、分离等物理和化学性质与常规材料不同, 出现许多新奇特性。纳米材料是指至少有一维尺寸在1~100nm范围内, 且必须具有上述特殊纳米效应和性能的材料, 或由其作为基本单元组成的材料。
2 纳米功能纤维的研究现状
历史上任何新技术的出现, 都没有像今天纳米材料和技术的出现如此引人注目, 几乎所有工业化国家都极为关注纳米技术的研究进程, 将其列入国家前位的发展项目。国外十分重视对于功能纤维的研究与开发, 纳米技术的飞速发展也为这一领域的发展注入了新的活力。纳米功能纤维按照制备方法分可以分为两类:一类是采用溶液共混、熔体共混、原位聚合等方法, 把具有各种不同特性的纳米粒子与成纤聚合物混合, 制备具有相应功能的纤维, 纤维的直径不一定是纳米级;另一类是通过静电纺丝、多组分复合纺丝法以及分子技术制备直径为纳米级的纳米纤维。日本尤尼吉卡公司采用皮芯复合纺丝方法, 皮层和芯层含有不同含量的Ti O2, 制得具有良好不透明性的聚酯纤维;日本根本特殊化学公司开发的以铝酸锶、铝酸钙为主要成分的蓄光材料, 其余辉时间可达10h以上;三菱人造丝公司利用在聚酯中添加胶体状的碳酸钙制得中空纤维, 经碱减量处理, 在纤维上形成微孔, 纤维具有良好的吸湿性能。东丽公司的“XY-E”、旭化成公司的“Gulk”和东洋纺公司的“Pyramidal”等利用碳化钨等高比重材料开发超悬垂纤维。而纳米纤维其本身具有极大的比表面积, 极大的比表面积/体积比, 吸附性极强, 过滤性、阻隔性、粘合性、保温性好, 在超过滤、医用敷料、合成材料增强, 特种蓄电池隔膜、电池电极材料等等, 航空特种防护服面料等方面都有潜在而广阔的应用前景, 也可以作为未来纳米机的支撑与连接等。
3 纳米抗菌纺织品的生产方法
目前随着人们生活水平的提高, 人们对纺织品的抗菌性有了较高的要求, 具有杀菌和抗菌效应的纺织品越来越受到人们的关注和重视。纺织品抗菌的目的就是使织物具有杀灭或抑制致病菌的功能, 保护纺织品本身的使用价值———不被霉菌等降解, 并防止微生物通过纺织品传播, 保护使用者免受微生物的侵害。通过抗菌整理的纺织品还能治愈人体上的某些皮肤疾病, 防止细菌在织物上不断繁殖而产生的臭味, 因而改善服用性能。目前, 国内外抗菌织物生产主要有两种方法, 第一种方法是将织物进行抗菌整理而获得抗菌性能, 第二种方法是先制得抗菌纤维, 然后再制成抗菌织物及抗菌纺织品。用第一种方法制成抗菌织物及抗菌纺织品, 其工艺简单, 织物抗菌效果的产生是由于抗菌助剂附着在纤维表面而形成的, 因此织物的耐洗涤性差。用第二种方法制成抗菌织物及抗菌纺织品, 其抗菌效果持久, 耐洗涤性好, 同时也减少了因化工助剂的添加而造成对环境的污染, 更符合环保理念。但抗菌纤维的生产比较复杂, 技术含量高。在用第二种方法制成抗菌织物及抗菌纺织品的过程中, 根据抗菌材料的不同, 可将基础抗菌剂按抗菌有效成分分为无机抗菌剂和有机抗菌剂。有机抗菌剂被广泛用于大多数抗菌材料中, 具有很强的抗真菌效果, 但是抗细菌的效果差, 耐热性等稳定性低 (使用温度一般低于300℃) , 分解产物可能对人体有害。而且, 近年来由于耐药性的病原性细菌的出现, 限制了有机抗菌剂的使用。无机抗菌剂是基于利用银、铜、锌等金属离子或氧化物或一些光催化材料 (Ti O2, Zn O) 无机物具有的抗菌力发挥抗菌、杀菌作用的抗菌剂, 具有抗菌性强、耐高温、稳定性和安全性好等特性。纳米二氧化钛具有无毒、无味、无刺激性, 耐热性好、不分解、不挥发和来源广等特点, 其为光催化抗菌剂, 利用太阳光、荧光灯中的紫外光作为激发源而具有抗菌效应, 作用效果持久。
纳米二氧化钛抗菌性能的开发研制虽然在理论和实践上取得了较大的成果, 但是由于纳米二氧化钛的催化杀菌性能主要由紫外光激发引起的, 在光利用率低或光缺乏的环境中, 催化抗菌效果难以产生较大的影响。因此, 为了解决现有技术中无机抗菌剂存在的上述缺陷, 利用一种纳米二氧化钛载金属离子抗菌剂及其制备方法, 即一种纳米二氧化钛载金属离子抗菌剂, 以纳米二氧化钛作为载体, 载体上附着抗菌金属离子, 其粒径小于或等于80nm。经过正交试验得知, 二氧化钛载银、锌、铜离子抗菌剂中三种金属离子组合在抗菌方面具有较强的协同效应。通过进一步的验证, 该种组合中银、锌、铜离子摩尔配比为2∶2∶3或3∶1∶3时, 协同效应大。
4 纳米腈纶抗菌纤维的生产
纳米抗菌腈纶的生产工艺流程见下图1, 主要原材料见表1。
原液制备的过程实质上是高聚物溶解的过程, 聚合物的溶解属非晶相溶解。原液制备的实质是非晶向聚合物的溶解过程。高聚物的溶解过程有着完全不同的特点。低分子的溶解是溶质表面上的分子由于本身的热运动和受到溶剂分子引力的作用, 克服溶质内部分子或离子间的作用力而逐渐分散到溶质中去, 成为均匀的溶液。非晶向聚合物的溶解过程则分为二步, 第一步是高聚物的溶胀, 第二步才是高聚物的溶解, 因此要比低分子的溶解过程复杂得多。原因在于高聚物接触溶剂时, 其表面上分子链段最先被溶剂化, 但因分子链很长, 还有一部分聚集在表面内的链段尚未被溶剂化, 故不能溶出。直到整个聚合物链均被溶剂化后, 才有可能溶到溶剂中去, 溶剂分子在高聚物的表面起溶剂化作用的同时, 溶剂分子也由于高分子链段的运动而能扩散到高分子溶质中去, 使溶质内部的链段逐步溶剂化, 高分子溶质随之胀大, 称为“溶胀”。因溶剂分子的不断向内扩散, 使更多的链段松动, 外面的高分子链首先达到全部被溶剂化而溶解, 暴露出新的表面, 溶剂又对新表面溶剂化而溶解, 循序渐进直到所有的高分子溶质全部溶解而成均匀溶液为止。由此可见, 溶胀过程的速度对整个高聚物的溶解速度有重要影响。高聚物的溶解速度主要决定于高聚物及溶剂的性质;至于溶胀溶解过程所需时间的长短, 除此之外, 还与高聚物的颗粒大小、温度高低、溶解操作及溶解设备等有关。
至于纳米粉体、Ti O2及防止纤维色变的抗氧化剂, 应充分研磨, 而后通过马可混合机与聚合物溶液均匀混合。
马可混合机是将干燥的聚合物粉末用DMF溶解, 并经预混合制成腈纶纺丝原液的关键设备。它由DMF喷淋室和马可混合器两个主要部件组成。喷淋室安装在马克混合器上部, 为原液制备的原料进入室。主体为254mm的不锈钢圆筒, 其中被三块隔板将筒内腔隔成一个内接三棱柱和三个弓形柱的内腔。9个喷嘴分三层布置在三个棱上, 其功用是将DMF、Ti O2、纳米粉体、抗氧化剂、DTPA等均匀喷射到聚合物粉末中, 使聚合物粉末湿润并溶胀。三个弓形内腔接三个放空管, 每个腔内上部各有一只喷嘴, 向下喷淋DMF, 其作用是防止聚合物堵塞, 使聚合物中央带的氮气从放空管排出。马可混合器的作用是使从喷淋室下来的被溶胀的聚合物进一步溶胀并溶解, 并使其他不溶性材料混合均匀。它由不锈钢制成, 卧式锥形壳体内有一个与壳体形状一致的锥形螺杆。通过螺杆的旋转将聚合物混合, 并将混合物推向混合机小端而排出。
将纳米科技与纤维制造有机的结合起来, 将抗菌性纳米粉体、Ti O2及防止纤维色变的抗氧化剂、聚合物粉末在马克混合机内混合, 制成腈纶纺丝原液, 并解决了纳米粉体在纺丝液中的稳定问题, 从而得到纳米抗菌腈纶纤维。
用纳米材料作为纺丝添加剂, 解决了由于添加物颗粒大, 纺丝时易堵塞喷丝孔的问题, 添加量小即可使纤维赋予了高性能的抗菌防臭功能, 添加的功能助剂 (纳米材料) 属绿色化学品。纳米干法腈纶断裂强力2.4c N/dtex, 断裂伸长36% (普通干法腈纶断裂强力2.7c N/dtex, 断裂伸长37%) , 所以对纤维及制品的物理机械性能无不良影响 (如表2) 。
5 纳米抗菌腈纶纤维的应用
现以生产纳米抗菌腈纶纤维制成拉舍尔毛毯为例, 说明纳米技术在纺织中的应用。
抗菌腈纶与普通腈纶按50∶50的比例配料, 混合料中的各种纤维组分呈小块状或束状, 经过梳毛机将其充分开松和混合, 使纤维分布均匀。再经过调整针梳、粗纱、细纱、络筒、倍捻工序的工艺参数制成拉舍尔毛毯用纱。最后经过编织、印染处理生产出最终产品。
印染是生产抗菌毛毯的关键工序, 解决了纳米抗菌纤维和普通纤维的上染率及对染料亲和力的差异, 应作如下工艺调整。
5.1 调整印花浆料的粘度
浆料稀, 将使色浆通过表面张力和压力产生花型扩散的现象。浆料稠, 浆料只浮在坯布的表面上不易渗透。我们选用具有优异移染性、分散性和稳定性好的染料与自行研制的低起泡性表面活性剂优化组合, 使浆料的粘度适中, 保证印花后的花型轮廓清晰。
5.2 调整染料间的配伍
调整染料间的配伍值至关重要, 它可以使纳米纤维和普通纤维有相同的亲和力、同样的扩散速度, 最终使两种纤维达到同样的色光和相同的上染率。
经过调整纺纱、印染、整理工艺参数, 添加少量纳米材料可使制造的毛毯赋予了高性能的抗菌防臭、抗紫外线、远红外线、能促进人体新陈代谢的功能。
还可使用抗菌纤维制成家纺用品、内衣、运动衫等, 产品具有很好的抗菌性能, 能够有效抵抗病菌在衣物上的附着, 使人们远离病菌的侵扰, 且抗菌腈纶纤维对人安全无毒、无皮肤刺激性, 不仅保持了腈纶制品柔软、保暖、轻便的优点, 还能够持久杀死细菌或抑制其繁殖生长, 因而产品有良好的市场前景。
6 结语
在经济飞速发展的今天, 我国对以纳米技术为代表的新经济对国民经济的发展更加关注。目前世界功能纺织品的需求量超200亿m, 我国功能纺织品的需求量近50亿m。但是, 目前世界的生产量只能达到100亿m, 缺口很大。随着经济的发展和社会的进步, 功能纺织品出口量会逐年增加。人们生活质量的提高和保健意识的增强, 纳米腈纶功能产品的需求量越来越大, 将来会替代常规产品。因此, 纳米腈纶功能系列化产品市场空间巨大, 具有广阔的发展前景。
参考文献
[1]Kosuke Ohgo, Chenhua Zhao, Mitsuhiro Kobayashi et al.Preparation of non-woven nanofibers of Bombyx mori silk, Samia Cynthia ricini silk and recombinant hybrid silk with electrospinning method[J].Polymer, 2003, (44) :841-846.
[2]宋强.纳米技术在非织造工业中的应用[J].河北纺织, 2005, (4) :19-25.
[3]Dr.Hcidi Schrenuder Gibson[J].International Fiber Journal, Oct.1998, 49-50.
[4]白春礼.纳米科技——全面理解内涵, 促进健康发展[C].2002年上海纳米科技发展研讨会论文集.
[5]贺蕴秋.纳米光催化材料的研究现状和应用进展[C].2002年上海纳米科技发展研讨会论文集.
[6]李书等.纳米级功能负离子粉体的制备及工程应用[C].2002年上海纳米科技发展研讨会论文集.
酸碱处理对竹浆纤维抗菌性的影响 篇3
1 材料与方法
1.1 实验材料
竹浆纤维 (吉林化纤集团有限责任公司) 。
1.2 实验菌种
大肠杆菌 (革兰氏阴性菌) , 购自中国微生物菌种保藏委员会普通微生物中心。
1.3 实验方法
抗菌实验采用振荡瓶法。振荡瓶法即shake Flask法 (CTM0923法) , 是由美国道康宁公司开发出的可评价非溶出型纤维制品抗菌性能的一种方法。
1.3.1 实验准备
菌悬液的准备:用接种环从3~10代的菌种试管斜面中移取细菌到盛有液体培养基的锥形瓶中, 然后在37±1℃, 130r/min条件下振荡培养24h, 即制成了接种菌悬液。菌悬液中活菌数应达到1×108~1×109cfu/m L。
试样准备:分别称取待测试样0.75g±0.05g, 分装于生化培养皿中, 并用报纸包好, 放于电热鼓风干燥箱中在160℃下灭菌2h, 备用。
1.3.2 实验操作
将制备好的菌悬液稀释至活细菌数目为3×105~4×105cfu/m L作为接种菌悬液。再从稀释后的试管中移取1m L菌液注入到锥形瓶中, 并缓慢摇动片刻。将灭菌后的待测纤维放入锥形瓶中, 封口, 在37℃下于空气浴振荡器中振荡培养24h。
取出锥形瓶, 分别移取lm L液体注入到灭过菌的平皿中, 每个锥形瓶对应两个平皿。将加热后熔化了的固体培养基冷却到40~50℃, 注入平皿约15m L, 并转动平皿使其混合均匀。
待固体培养基凝固后, 翻转平皿, 在37℃下于电热恒温培养箱内培养24h。取出, 计算平皿内菌落数目。
1.3.3 结果计算
式中:Y——抑菌率;
W——空白试样与细菌接触24h后的活菌数 (cfu/m L) ;
Q——待测试样与细菌接触24h后的活菌数 (cfu/m L) 。
2 结果与讨论
2.1 无机酸 (H2SO4) 处理对竹浆维抑菌率的影响
2.1.1 不同浓度H2SO4的影响
工艺条件:处理温度为50℃, 处理时间为1h, 硫酸浓度分别为5g/L、10g/L、15g/L、20g/L和25g/L, 浴比1∶50, 处理后水洗至中性, 测定抑菌率。
从图1可以看出竹浆纤维经硫酸处理后其抑菌率下降幅度不大, 在使用硫酸浓度从5g/L到20g/L之间时, 竹浆纤维的抑菌率变化不大, 基本上保持在85%左右。当硫酸浓度增加到25g/L时, 其抑菌率仍能达到77%。数据表明硫酸浓度对竹浆纤维的抗菌性影响较小。
2.1.2 H2SO4不同处理时间的影响
工艺条件:硫酸浓度为10g/L, 处理温度为50℃, 处理时间分别为30min、60min、90min、120min, 浴比1∶50, 处理后水洗至中性, 测定抑菌率。
从图2可以看出竹浆纤维用10g/L硫酸处理的抑菌率在前60min内变化不明显, 之后随着酸溶液处理时间的延长呈明显下降趋势, 当时间达到120min时抑菌率下降到60%。
2.1.3 H2SO4处理不同温度的影响
工艺条件:H2SO4浓度为10g/L, 处理时间为1h, 处理温度分别为20℃、40℃、60℃、80℃、100℃, 浴比1∶50, 处理后水洗至中性, 测定抑菌率。
从图3可以看出随着处理温度的不断增加, 竹浆纤维的抑菌率逐渐下降, 但下降趋势相对平缓。当温度升高到100℃仍能保持抑菌率在74.0%。
2.1.4 不同浓度、处理时间、处理温度的H2SO4影响比较
硫酸的处理时间对竹浆纤维的影响较大, 硫酸处理的浓度和温度对竹浆纤维的抑菌率影响不大。
2.2 碱 (Na OH) 处理对竹浆纤维抑菌率的影响
竹浆纤维不耐浓碱, 即使氢氧化钠浓度为120g/L处理lmin纤维也会受到严重破坏, 所以这里只讨论稀碱处理对竹纤维抗菌性的影响。
2.2.1 不同浓度Na OH的影响
工艺条件:处理温度为100℃, 处理时间为1h, 浓度分别为5g/L、10g/L、15g/L、20g/L、25g/L和30g/L, 浴比1∶50, 处理后水洗至中性, 测定抑菌率。
从图4可以看出经氢氧化钠处理后, 竹浆纤维的抑菌率呈平缓下降趋势, 在氢氧化钠浓度小于20g/L时, 纤维抑菌率保持在70%以上, 即使氢氧化钠浓度增加到30g/L时, 抑菌率仍能达到67.2%。
2.2.2 Na OH不同处理时间的影响
工艺条件:Na OH浓度为10g/L, 处理温度为100℃, 处理时间分别为30min、60min、90min、120min, 浴比1∶50, 处理后水洗至中性, 测定抑菌率。
从图5可以看出稀氢氧化钠处理时间对竹浆纤维抑菌率都有较大的影响。随着碱处理时间的延长竹浆纤维的抑菌率不断下降, 当处理时间为120min时, 抑菌率下降到49.1%。表明竹浆纤维的抗菌性受稀碱液影响很大, 尤其是长时间处理, 对竹浆纤维抗菌物质的破坏比较严重。
2.2.3 Na OH处理不同温度的影响
工艺条件:Na OH浓度为10g/L, 处理时间为1h, 处理温度分别为20℃、40℃、60℃、80℃、100℃, 浴比1∶50, 处理后水洗至中性, 测定抑菌率。
从图6可以看出稀碱处理温度从20℃上升到100℃, 竹浆纤维的抑菌率基本上保持在70%左右, 表明处理温度对竹浆纤维的抑菌率有一定的影响, 但是影响不大。
2.2.4 不同浓度、处理时间、处理温度的Na OH的影响比较
稀碱处理的浓度、温度、时间对两种纤维抑菌率影响程度大小的顺序为:
处理时间>处理浓度>处理温度。
3 结语
3.1 经过硫酸处理, 竹浆纤维的抑菌率都有下降, 其中硫酸的处理时间对竹浆纤维的影响较大, 硫酸处理的浓度和温度对竹浆纤维的抑菌率影响不大。
3.2 竹浆纤维不耐浓碱。用稀碱处理竹浆纤维, 其抑菌率呈下降趋势。稀碱处理的浓度、时间、温度对竹浆纤维抗菌性都有较大影响, 其中处理时间对竹浆纤维的抗菌性影响最为明显。
摘要：主要研究酸碱处理对竹浆纤维抗菌性影响, 分别讨论了H2SO4、NaOH两种试剂在不同浓度、不同时间、不同温度条件下对竹浆纤维抗菌性的影响。结果表明酸、碱处理后竹浆纤维的抑菌率一般都可在70%以上。两种试剂都表明处理时间对竹浆纤维的抗菌性影响最大。
关键词：竹浆纤维,抗菌性,抑菌率,酸碱
参考文献
[1]胡延.竹纤维的特性及其发展前景[A].中国纺织工程学会“.云竹杯”首届中国竹纤维产业发展峰会论文集[C].北京:中国纺织出版社, 2007.21-24.
[2]曹泰钧, 刘刚毅.竹纤维纺织品开发及前景[J].湖南文理学院学报, 2005, (1) :57-59.
[3]叶远静, 袁小红.竹浆纤维的力学性能分析[J].中国纤检, 2011, (17) :82-84.
[4]王雪华, 蒋秀翔.竹纤维产品研发现状及前景展望[J].江苏丝绸, 2006, (4) :24-26.
[5]朱俊伟, 吴乾元.用于竹纤维织物的后整理剂研究进展[J].印染助剂, 2011, (8) :5-7.
抗菌纤维 篇4
关键词：壳聚糖,银纳米粒子,抗菌棉纤维,表面抗菌
天然纤维制品尤其是棉纤维由于具有吸湿性、肌肤亲和性等优点,在服饰领域应用广泛[1]。棉纺织物是天然亲水性织物,在应用过程中极易吸附细菌等微生物,导致织物变色、脆化并对人体健康产生危害[2]。因此,棉纺织物的抗菌改性研究具有重要意义。多种抗菌剂如无机盐[3]、多酚[4]和高聚物[5]等应用到棉织物的抗菌改性中,但大部分抗菌化合物会对人体产生毒性或在自然条件下不能降解。相关研究表明,经改性制得的水溶性银纳米材料具有抗菌广谱性、安全无毒性及不产生耐药性等优点,而单纯的银纳米材料易发生团聚和表面中和反应,限制了在生物医疗方面的应用。有文献报道,用具有抗菌活性的表面活性剂等对银纳米材料进行表面修饰,能制得具有更好抗菌效果的银纳米材料[6]。壳聚糖(CS)是优良的生物活性高分子,具有生物可降解性、抗菌性等特点,应用于银纳米材料的制备[7]。将CS分子修饰于银纳米粒子表面,不仅可以增加银纳米粒子在水溶液中的稳定性,而且能够提高银纳米粒子的抗菌效果。本研究以CS为分散剂和保护剂,通过液相还原法制得了水溶性银纳米粒子(CS/Ag NPs),并负载到脱脂棉纤维表面,制得抗菌棉纤维。探讨抗菌棉纤维对耐药性甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)、革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌(S.aureus)、蜡状芽孢杆菌(B.cereus)及革兰氏阴性菌大肠埃希氏菌(E.coli)的抑菌效率及抗菌持久性,并且初步讨论了其可能的抑菌机理。
1 实验部分
1.1 试剂与仪器
硝酸银、CS、硼氢化钠、γ-巯丙基三甲氧基硅烷(MPTS),均为分析纯,国药集团化学试剂有限公司;脱脂棉(医药级),南京市医药商店;S.aureus(CICC 10384)、B.cereus(CICC10352)、E.coli(CICC 10354),中国工业微生物菌种保藏管理中心;MRSA,南京市鼓楼医院提供。
紫外可见分光光度仪(UV-1800型),上海美谱达公司;透射电子显微镜(TEM,JEOL-1010型),日本电子株式会社;扫描电子显微镜(S-3400N型),日本日立公司;激光共聚焦显微镜(Zeiss LSM510 Meta型),德国蔡斯公司。
1.2 CS/Ag NPs的制备
室温及磁力搅拌条件下,0.20g CS溶于100mL体积分数为1%的乙酸溶液中,制得2mg/mL的CS溶液;分别配制0.10mol/L的硝酸银溶液和硼氢化钠溶液各2mL。将配制的硝酸银溶液加入上述CS溶液中混合均匀并持续搅拌约30min,然后向混合溶液中逐滴加入500μL硼氢化钠溶液,观察到混合溶液逐渐由黄色变为棕红色,继续搅拌1h左右,即制得CS/Ag NPs。
1.3 抗菌棉纤维的制备
称取数块质量为0.045g左右的脱脂棉,分别浸于3mL MPTS体积为甲苯体积的2%、4%、6%、8%、10%和12%的溶液中,50℃条件下分别反应一定时间(3、4、5、6、7和8h),取出,分别用无水乙醇洗涤3次,拧干,80℃烘干;干燥后的棉纤维分别浸于4mL的CS/Ag NPs溶液中,50℃条件反应一定时间(2、4、6、8、10和12h),取出拧干,蒸馏水洗涤3次,80℃干燥,制得抗菌棉纤维。脱脂棉的增重率计算,见式(1)。
式中,m前和m后分别是脱脂棉处理前后的质量,g。
1.4 抗菌棉纤维的抗菌测试
配置新鲜测试菌MRSA、S.aureus、B.cereus和E.coli溶液,调节浓度为108CFU(菌落形成单位)/mL,每种各2个培养管菌液(10mL),分别加入0.045g左右的抗菌棉纤维和未处理的脱脂棉,分别混合均匀后在37℃恒温条件下培养4h,然后取出抗菌棉纤维和脱脂棉,分别放入10mL蒸馏水中,剧烈摇晃,洗脱细菌。将洗脱液稀释后取0.5mL均匀涂布到琼脂板上,37℃恒温条件下培养24h,分别数菌落。计算抗菌棉纤维的抗菌活性的抑菌率(R),见式(2)。
式中,A和B分别表示实验组和空白对照组的菌落数,CFU/mL。
1.5 抗菌棉纤维的抗菌持久性测试
以S.aureus为实验菌种,进行抗菌持久性测试。在搅拌条件下将抗菌棉纤维浸于蒸馏水中10min,拧干后80℃干燥,重复上述步骤,抗菌实验参考1.4章节的实验步骤。
1.6 抗菌棉纤维的吸附动力学实验
抗菌棉纤维的吸附动力学实验参照参考文献[8],实验方法稍作改变。准备2份100mL浓度为109CFU/mL的新鲜测试菌E.coli,分别加入0.8g脱脂棉纤维和抗菌棉纤维,各自混合均匀后,每隔10min,移液器移取200μL菌液于96孔板中,3复孔/组,测试在600nm处的吸光度。
1.7 激光共聚焦显微镜样品制备
0.05g抗菌棉纤维加入到4mL浓度为109CFU/mL的新鲜测试菌液(E.coli)中,混合均匀后,取微量棉纤维于载玻片上,活死细菌染色试剂盒染色后加盖盖玻片,避光处理15min,用激光共聚焦显微镜观察样品。
2 结果与讨论
2.1 抗菌棉纤维的表征
CS/Ag NPs通过液相还原法制备[9]。CS/Ag NPs紫外可见吸收光谱图见图1。从图可知,最大吸收波长约408nm,比文献中以聚乙烯吡咯烷酮为稳定剂制备的Ag NPs的最大吸收波长(380~400nm)大,主要是因为CS分子中N与Ag之间的相互配位作用使得Ag NPs的最大吸收波长红移[10]。CS/Ag NPs的TEM图,见图2。从图可知,Ag NPs基本接近球形,粒度分布均匀。
在棉纤维表面负载CS/Ag NPs处理过程中,MPTS占甲苯的体积分数以及2次浸泡处理的时间对棉纤维表面的银负载量皆有影响,见图3。最佳处理条件为:MPTS体积为甲苯溶液体积的8%,第一次处理时间7h,第二次处理时间10h,棉纤维的银负载量可以达到最大,约6.9%(wt,质量分数,下同)。对负载前后的棉纤维进行了扫描电镜观察。图(a)为未负载CS/Ag NPs的棉纤维表面,可以观察到表面光滑。图(b)为表面负载CS/Ag NPs的棉纤维,棉纤维表面较粗糙,这是因为有CS/Ag NPs负载到棉纤维上。
对负载CS/Ag NPs前后的棉纤维进行了扫描电镜观察,见图4。图(a)为未负载CS/Ag NPs的棉纤维表面,可以观察到表面光滑。图(b)是表面负载CS/Ag NPs的棉纤维,由图可见,表面负载CS/Ag NPs后棉纤维表面较粗糙,这是因为有CS/Ag NPs负载到棉纤维上。
2.2 抗菌棉纤维抗菌性能分析
利用琼脂板计数法,统计抗菌棉纤维的抑菌率,见表1。抗菌棉纤维对MRSA、S.aureus、B.cereus和E.coli的抑制率都大于99.8%。由此可见,所制得的CS/Ag NPs抗菌棉纤维具有高效和广谱的抗菌效果。以S.aureus为测试菌,对抗菌棉纤维进行了持久性抗菌测试。结果表明,抗菌棉纤维经过洗涤20次后,对S.aureus的抑菌率仍在97.5%以上,说明抗菌棉纤维具有持久的抗菌活性。
2.3 抗菌棉纤维抑菌机理分析
抗菌棉纤维对E.coli的吸附动力学曲线图见图5。从图可知,以E.coli为测试菌,与未负载处理的棉纤维相对照,抗菌棉纤维大大改善了对E.coli的吸附能力。将0.8g抗菌棉纤维加入到100mL E.coli菌液(109CFU/mL)中,10min内菌浓度可降低到102CFU/mL,即降低了7个数量级。推测棉纤维的高菌吸附量主要是由于细胞表面带负电的E.coli与表面高密度正电的CS/Ag发生静电吸引力所导致。从图中还可以看出,加入抗菌棉纤维后初期菌浓度迅速下降,然后趋缓,这表明抗菌棉纤维的抗菌过程可能是由2个不同阶段组成的,前者是快速吸附阶段,后者是杀菌阶段。同时,采用细胞染色的方法对抗菌棉纤维及表面菌体的活死状态进行显微镜观察。在棉纤维接触菌液5min后对吸附细菌后的棉纤维进行染色处理,经过染色后的死菌和活菌在荧光显微镜下分别呈现红色及绿色,棉纤维表面有一定数量菌体吸附,并且菌体呈现红色表明菌体为死亡状态。结果说明在短接触时间内,抗菌棉纤维能够完成吸附菌体和杀灭菌体2个过程。
3 结论
采用液相还原法,制备了CS/Ag NPs,并负载于脱脂棉纤维表面,制得具有抗菌性能的棉纤维。研究表明,抗菌棉纤维的最佳工艺条件:硅烷偶联剂体积是甲苯体积的8%,第一次和第二次处理时间分别为7h和10h,棉纤维的银负载量达到最大。抗菌棉纤维对MRSA、S.aureus、B.cereus和E.coli的抑制率都大于99.8%,具有很好的抗菌效果和持久抗菌性。短接触时间内,抗菌棉纤维能够完成吸附菌体和杀灭菌体2个过程。
CS/Ag NPs抗菌棉纤维的研究对抗菌织物的发展具有潜在的应用价值。
参考文献
[1]秦益民.Cupron铜基抗菌纤维的性能和应用[J].纺织学报,2009,30(12):134-136.
[2]Saravanan D,Vasanthi N,Ramachandran T.A review on influential behaviour of biopolishing on dyeability and certain physico-mechanical properties of cotton fabrics[J].Carbohydrate Polymers,2009,76(1):1-7.
[3]吴跃辉,刘元隆,邓安民,等.离子交换法合成非晶态铝硅酸盐抗菌材料研究[J].硅酸盐学报,2004,32(5):564-569.
[4]袁泽利,胡庆红,吴庆,等.新型大环席夫碱化合物的合成及其抗菌活性研究[J].有机化学,2009,29(2):279-282.
[5]Chen Y,Wilbon P A,Zhou J H,et al.Mutifunctional self-fluorescent polymer nanogels for label-free imaging and drug delivery[J].Chem Commun,2013,49(3):297-299.
[6]Chen Y,Wilbon P A,Chen Y P,et al.Amphipathic antibacterial agents using cationic methacrylic polymers with natural rosin as pendant group[J].RSC Advances,2012,2(27):10275-10282.
[7]Levard C,Hotze E.M,Lowry G.V,et al.Environmental transformations of silver nanoparticles:impact on stability and toxicity[J].Environmental Science&Technology,2012,46(13):6900-6914.
[8]卢慎楠,周轩榕,邢晓东.表面接枝季铵盐型聚合物的纤维素纤维-灭菌机理研究[J].高分子学报,2004(1):107-113.
[9]Wei D W,Sun W Y,Qian W P,et al.The synthesis of chitosanbased silver nanoparticles and their antibacterial activity[J].Carbohydrate Research,2009,344(17):2375-2382.
抗菌纤维 篇5
1 资料与方法
1.1 一般资料
选取2011年8月至2013年8月我院接受的乳腺纤维瘤切除术乳腺纤维瘤患者100例, 均于住院前进行常规检查, 结果符合乳腺纤维瘤诊断标准。患者年龄18~33岁, 平均 (27±4) 岁。将其按使用药物不同分为A、B两组, 各50例。两组患者一般资料比较, 差异无统计学意义 (P>0.05) , 具有可比性。
1.2 治疗方法
A组患者使用抗菌药物为头孢唑林钠 (哈药集团制药总厂, 批准文号:国药准字H23020945, 规格:1.0 g) , B组患者使用抗菌药物为头孢替安 (哈药集团制药总厂生产, 批准文号:国药准字H20041469, 规格:1.0 g) 。患者均于术前0.5~2.0 h行抗菌药物静脉滴注治疗, 药物剂量为2.0 g, 术后再给予静脉滴注, 2.0 g/次, 2次/d。A组术后24 h停药患者25例, 25~48 h停药患者16例, 术后49~72 h停药患者9例;B组术后24 h停药者23例, 25~48 h停药患者16例, 术后49~72 h停药患者11例。
1.3 疗效判定标准
根据患者使用抗菌药物后的体温、白细胞计数和中性粒细胞百分率以判断患者的治疗效果[1,2,3]。
1.4 经济学评价方法
药物成本是本次围术期治疗过程中, 使用药物所耗费的价格成本。本研究仅记录抗菌药物所消耗的成本, 见表1。
1.5 统计学分析
本研究数据均采用SPSS 19.0统计软件进行处理, 计量资料以±s表示, 组间比较采用t检验, 计数资料以百分率表示, 组间比较采用χ2检验, P<0.05为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 患者一般资料比较
两组患者术前术后一般资料比较, 差异均无统计学意义 (均P>0.05) , 见表2。
2.2 围术期预防性抗菌药物的成本-效果比较
A组用药时间≤24 h, 其有效率为92.0%, B组为91.3%;A组用药时间>24 h, 其有效率为96.0%, B组为92.6%, 两组比较, 差异无统计学意义 (P>0.05) ;A组患者使用药物价格及成本-效果比 (C/E) 明显低于B组, 差异有统计学意义 (P<0.05) , 见表3。
注:两组2个时间段的有效率比较, P>0.05
3 讨论
乳腺纤维瘤是临床诊断中常见疾病之一, 其属于良性肿瘤, 多发于18~25岁的女性群体[4,5]。目前, 对该疾病的认识仅限于临床诊断和治疗, 医学界内对其发病机制仍存在争议, 且学者认为乳腺纤维瘤与雌激素的分泌存在相关性[6]。传统治疗乳腺纤维瘤的方式之一为手术切除, 其围术期预防性抗菌药物的使用与手术效果及预后效果存在紧密联系[7]。
本研究主要是将医院两种常用的抗菌药物应用于乳腺纤维瘤手术围术期治疗中, 比较两组患者治疗效果和成本-效果, 结果显示, A、B两组患者有效率比较, 差异无统计学意义;但两组患者的C/E比较, A组成本明显小于B组, 且A组用药小于24 h的患者其成本最低。由此可见, 两种药物应用于乳腺纤维瘤切除手术围术期预防性治疗, 有效性高, 术后24 h便可停止使用预防性抗菌药物。
综上所述, 乳腺纤维瘤切除术后24 h便可停止使用预防性使用抗菌药物, 且头孢唑林钠成本更为低廉。
参考文献
[1]谢泽浩, 李淳南, 吴雪荣, 等.乳腺纤维瘤切除术围手术期预防性抗菌药物的成本-效果分析[J].临床医学工程, 2013, 20 (8) :1048-1049.
[2]李敏, 李翠兵, 宋新颖, 等.乳腺纤维瘤围手术期预防性抗菌药物的经济学评价[J].中国药业, 2012, 21 (11) :46-47.
[3]赵永德, 田文梅, 邓国志, 等.乳腺手术患者围术期抗菌药物预防应用调查分析[J].山东医药, 2011, 51 (45) :103-104.
[4]牛松梅.Ⅰ类切口围术期抗菌药物使用情况分析[J].临床合理用药杂志, 2014, 7 (4) :74-75.
[5]李姣.乳腺纤维瘤手术的必要性及围术期治疗[J].中国医药导报, 2010, 7 (2) :192-192.
[6]陈树明, 林颖, 李军, 等.Ⅰ、Ⅱ类切口围手术期抗菌药物预防性应用规范的制定与实施效果监测[J].中国药房, 2005, 16 (1) :49-50.