蘆薈納米銀處理對真絲織物抗菌性能的影響

周婷婷，黃小萃，林 紅，陳宇岳

(蘇州大學(xué) 紡織與服裝工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215021)

蘆薈納米銀處理對真絲織物抗菌性能的影響

周婷婷，黃小萃，林 紅，陳宇岳

(蘇州大學(xué) 紡織與服裝工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215021)

采用生物還原法制備納米銀，利用自制的蘆薈納米銀溶液對真絲織物進(jìn)行功能性整理，研究了銀氨濃度、浸漬溫度和浸漬時間對真絲織物抗菌性能的影響。以整理織物的ICP和抑菌率為指標(biāo)，通過單因素實(shí)驗(yàn)，確定蘆薈納米銀溶液整理真絲織物的較優(yōu)工藝條件為：銀氨溶液濃度0.005 mol/L，浸漬溫度40 ℃，浸漬時間60 min。整理后真絲織物的抗菌性能提高。

納米銀；蘆薈；真絲織物；抗菌

真絲纖維及其制品是一種天然綠色生態(tài)紡織品，被譽(yù)為“人體第二皮膚”。但普通真絲制品存在著彈性小、易起皺、抗變形性差、易泛黃等缺陷，因此對真絲纖維進(jìn)行功能化改性處理，克服天然真絲固有的缺陷，揚(yáng)長避短，開發(fā)新型真絲纖維新材料，同時擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域，成為廣大絲綢研究人員現(xiàn)在乃至未來所關(guān)注的焦點(diǎn)。

將納米材料應(yīng)用到紡織品功能整理領(lǐng)域，開發(fā)多功能、高附加值的織物，將會在未來的紡織行業(yè)創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)、社會效益[1]。納米銀是一種正在深入研究并迅速發(fā)展的新型納米材料，在微電子、光學(xué)、催化、抗菌及醫(yī)藥醫(yī)用等方面具有極大的應(yīng)用價值[2]。

新興的生物還原[3]合成納米銀的方法利用微生物的生物活性或細(xì)胞表面有機(jī)官能團(tuán)的物理化學(xué)作用還原金屬離子，克服了傳統(tǒng)物理法制備成本高[3]及化學(xué)法制備造成環(huán)境污染[3]的缺陷，是解決生態(tài)友好及可靠性問題的一種較好的方法。已有文獻(xiàn)報(bào)道用植物浸出液制備金屬納米材料：如利用樟腦樹葉[4]、天竺葵[5]、銀杏樹葉和木蘭[6]等的提取液作還原劑兼模板，還原制備金或銀納米粒子。

本研究以蘆薈為原料，生物還原制備納米銀粒子，利用自制的蘆薈納米銀溶液對真絲織物進(jìn)行功能性整理，研究不同處理工藝條件對真絲織物抗菌性能的影響，確定蘆薈納米銀溶液對真絲織物的較優(yōu)整理工藝。

1 試 驗(yàn)

1.1 材料和儀器

材料：桑蠶絲電力紡(64 g/m2)，庫拉索蘆薈(市售)，AgNO3(分析純)，氨水(分析純)，磷酸鹽緩沖液(PBS)，營養(yǎng)瓊脂和營養(yǎng)肉湯培養(yǎng)基(上海中科昆蟲生物技術(shù)開發(fā)有限公司)，大腸桿菌(E.coli)和金黃色葡萄球菌(S.aureus)(蘇州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院)。

儀器：SHG262舜輝多功能食品粉碎機(jī)(寧波市舜輝電器有限公司)，SHZ-D(Ⅲ)型循環(huán)水真空泵(河南省予華儀器有限公司)，電子天平(Atartorius BS224S型，北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司)，電熱鼓風(fēng)干燥箱(南通宏大有限公司)，SHZ-82A型數(shù)顯測速恒溫?fù)u床(蘇州威爾實(shí)驗(yàn)用品有限公司)，HPPS 5001型激光粒度分布儀(英國馬爾文公司)，TecnaiG220型透射電鏡(美國FEI公司)，S-570型掃描電子顯微鏡(日本日立公司)，PLA-SPECI型等離子體發(fā)射光譜儀(美國Leeman公司)，D/MAX-3C型X射線衍射儀(日本理學(xué)公司)。

1.2 蘆薈納米銀的制備及其對織物的改性處理

將蘆薈葉片洗凈，切塊，用榨汁機(jī)榨成汁液后，煮沸5 min，冷卻后過濾，濾液備用。將不同濃度的銀氨溶液加入到蘆薈液中，蘆薈液和銀氨溶液的體積比10∶1，常溫下充分反應(yīng)24 h，靜置，制得待測的蘆薈納米銀溶液。利用制得的蘆薈納米銀溶液對真絲織物進(jìn)行浸漬處理，浴比1∶50，取出水洗后，自然狀態(tài)下晾干。

1.3 測試方法

1.3.1 納米銀的粒徑測試

取5～10 mL制備的納米銀溶液于激光粒度儀HPPS的測試皿中于25 ℃下測試。

1.3.2 納米銀的TEM測試

取一定量納米銀溶液，滴加于銅網(wǎng)上，自然晾干后用透射電鏡觀察。

1.3.3 納米銀的XRD測試

將純凈蘆薈液和反應(yīng)后的蘆薈納米銀溶液置于真空干燥箱內(nèi)干燥后，研磨成粉末狀，利用D/MAX-ⅢC型X衍射儀測試。

1.3.4 纖維表面形態(tài)測試

用掃描電子顯微鏡(SEM)放大一定倍數(shù)，觀察纖維的縱向表面形態(tài)。

1.3.5 織物的銀含量(ICP-AES)測試

將50 mg納米銀整理織物用10 mL濃硝酸(65 %)溶解，再用水稀釋10倍。將得到的溶液用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀測量其在Ag波段(328 nm)上的值，在此基礎(chǔ)上計(jì)算織物上銀的含量。

1.3.6 織物的抑菌率測試

參照 FZ/T 73023－2006《抗菌針織品》中附錄D，以振蕩法測定織物的抗菌性能。所用菌種為大腸桿菌和金黃色葡萄球菌，試樣的抗菌性能以抗菌率表示，按下式計(jì)算：

式中：A為未處理織物上的活菌數(shù)；B為處理織物上的活菌數(shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 蘆薈納米銀的制備原理及表征

2.1.1 蘆薈納米銀的制備原理

蘆薈在納米銀合成過程中起還原劑和穩(wěn)定劑的作用，蘆薈中的一些還原性多糖可以將銀氨絡(luò)離子還原為納米銀單質(zhì)[7]，同時由線型β-(1，4)-D-甘露糖單基連接而成的多糖[8]中的羥基和蘆薈中蒽醌類化合物如蘆薈苷、蘆薈大黃素等母核上的羥基，可以和銀離子配位，從而吸附到生成的納米銀的表面[9]，使納米銀穩(wěn)定以防止團(tuán)聚，進(jìn)而得到穩(wěn)定的納米銀溶液。

2.1.2 納米銀的檢測和表征

2.1.2.1 納米銀的粒徑測試和TEM形貌分析

由圖1a的粒徑分布直方圖可知，合成的納米銀粒徑分布較窄，說明納米銀的粒徑分布均勻。由圖1b可知，制得的納米銀粒徑很小，均勻性好，分散性較好。

圖1 銀氨濃度為0.01 mol/L時制備的納米銀粒徑分布及其TEM圖譜Fig.1 Histogram of size distribution and TEM images of nanosilver when the concentration of silver ammonia solution was 0.01 mol/L

2.1.2.2 蘆薈液及納米銀溶液的XRD圖譜

與圖2a相比，圖2b中出現(xiàn)4個明顯的峰值(111)、(200)、(220)和(311)，峰位置與JCPDS卡上數(shù)據(jù)(JCPDS NO.4-0781)一致，因此可以斷定，產(chǎn)物是單質(zhì)銀。

2.1.2.3 纖維的表面形態(tài)

對比圖3a和圖3b處理前后真絲纖維縱向微觀形態(tài)的掃描電鏡照片可看出，普通真絲纖維表面光滑、平整，附有很少量未脫去的絲膠，經(jīng)納米銀整理后的絲纖維表面吸附有大量的納米級銀顆粒，分布較均勻。

圖2 蘆薈液及納米銀溶液的XRD圖譜Fig.2 XRD images of aole solution and aloe nano-silver solution

圖3 絲纖維的縱向表面SEM照片F(xiàn)ig.3 SEM photographs of the longitudinal surface of silk fi ber(×10 000)

2.2 蘆薈納米銀處理真絲織物的工藝因素分析

2.2.1 銀氨濃度對織物抗菌性能的影響

選取浸漬溫度為60 ℃，浸漬時間60 min，分別選定銀氨濃度為0.000 1，0.002 5，0.005，0.007，0.01，0.014 mol/L，浴比為1∶50，得到的整理樣依次記為a、b、c、d、e和f，整理后真絲織物的銀含量和抗菌性能分別見表1和表2。

表1 整理后真絲織物上的銀含量(ICP-AES)Tab.1 Silver content of silk fabrics treated with aloe nano-silver

表2 整理后真絲織物抗菌性能Tab.2 Antibacterial rate of silk fabrics treated with aloe nano-silver

從表1和表2可以看出，隨著銀氨濃度的增加，整理織物的含銀量也隨之增加，整理織物的抗菌性能提高，且當(dāng)銀氨溶液的濃度為0.005 mol/L時，整理織物對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抑菌率就分別達(dá)到了99.60 %和99.49 %。故主要考慮銀氨濃度對整理織物抗菌性能的影響和節(jié)約成本的因素，選擇銀氨濃度為0.005 mol/L對織物進(jìn)行整理為宜。

2.2.2 浸漬溫度對織物抗菌性能的影響

選取銀氨濃度為0.01 mol/L，浸漬時間60 min，分別選定浸漬溫度為常溫，40，60，80，100 ℃，浴比為1∶50，得到的整理樣依次記為a、b、c、d和e，整理后真絲織物的銀含量和抗菌性能分別見表3和表4。

表3 整理后真絲織物上的銀含量(ICP-AES)Tab.3 Silver content of silk fabrics treated with aloe nano-silve

從表3和表4可以看出，隨著浸漬溫度的提高，整理織物的含銀量也隨之增加，分析是因?yàn)闇囟壬哂欣诶w維的溶脹和納米銀粒子的吸附和擴(kuò)散，到一定溫度后，纖維對銀粒子的吸附趨于飽和。當(dāng)浸漬溫度達(dá)40 ℃時，整理織物對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抑菌率分別達(dá)到了99.87 %和99.82 %，織物顯示出非常優(yōu)異的抗菌性能。同時考慮溫度的升高會對納米粒子的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，故浸漬溫度適宜選擇在40 ℃。

表4 整理后真絲織物抗菌性能Tab.4 Antibacterial rate of silk fabrics treated with aloe nano-silver

2.2.3 浸漬時間對織物抗菌性能的影響

選取銀氨濃度為0.01 mol/L，浸漬溫度60 ℃，分別選定浸漬時間為5，30，60，90，120 min，浴比為1∶50，得到的整理樣依次記為a、b、c、d和e，整理后真絲織物的銀含量和抗菌性能分別見表5和表6。

表5 整理后真絲織物上的銀含量(ICP-AES)Tab.5 Silver content of silk fabrics treated with aloe nano-silver

表6 整理后真絲織物抗菌性能Tab.6 Antibacterial rate of silk fabrics treated with aloe nano-silver

從表5和表6可以看出，隨著浸漬時間的增加，整理織物的含銀量也隨之增加，分析是因?yàn)榻n時間的延長有利于纖維的溶脹和納米銀粒子的吸附及擴(kuò)散。當(dāng)浸漬時間達(dá)60 min時，整理織物對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抑菌率就分別達(dá)到了99.97 %和99.86 %，織物顯示出非常優(yōu)異的抗菌性能，故浸漬時間選擇在60 min為宜。

綜上所述，確定蘆薈納米銀溶液對真絲織物的較優(yōu)整理工藝為：銀氨溶液濃度0.005 mol/L，浸漬溫度40 ℃，浸漬時間60 min。

3 結(jié) 論

1)利用蘆薈提取液在常溫下用簡單、環(huán)保的方法制備了蘆薈納米銀溶液，并用TEM、DLS、XRD和SEM對納米銀進(jìn)行了檢測表征。結(jié)果表明，制得的銀粒子平均粒徑最小可在10 nm以內(nèi)，均勻性和分散性良好。

2)蘆薈納米銀溶液對真絲織物的較優(yōu)整理工藝條件為：銀氨濃度0.005 mol/L，浸漬溫度40 ℃，浸漬時間60 min。整理后真絲織物的抗菌性能提高。

[1]路艷華，王漓江，劉治梅，等.納米材料在功能紡織品的應(yīng)用及研究進(jìn)展[J].遼東學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，15(2)：61-65.

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Effects of aloe nano-silver on the antibacterial performances of silk fabrics

ZHOU Ting-ting, HUANG Xiao-cui, LIN Hong, CHEN Yu-yue
(College of Textile and Clothing Engineering, Soochow University, Suzhou 215021, China)

Nano-silver was synthesized via a biological method. The silk fabrics were treated with aloe nanosilver solutions. Factors of the concentration of silver ammonia solution, the dipping temperature and the dipping time were studied which affected the antibacterial performances of silk fabrics. The optimal processing parameter was investigated by means of one-factor experiments using ICP and the antibacterial rate as indexes.The optimal concentration of silver ammonia solution was 0.005 mol/L, the optimal dipping temperature was 40 ℃, and the optimal dipping time was 60 min. The treated silk fabrics had good antibacterial performances.

Nano-silver; Aloe; Silk fabrics; Antibacterial performances

TS195.644

A

1001-7003(2011)02-0001-04

2010-09-08

國家教育部博士點(diǎn)基金項(xiàng)目(200602850004)；江蘇省高校重大基礎(chǔ)研究項(xiàng)目(08KJA540001)

周婷婷(1988－ )，女，碩士研究生，研究方向?yàn)榧徔棽牧祥_發(fā)。通訊作者：陳宇岳，教授,博導(dǎo)，chenyy@suda.edu.cn。