基于電導率法的離子溶出型抗菌纖維的抗菌性測定

董 艷

(浙江工業(yè)職業(yè)技術學院，浙江 紹興 312000)

隨著人民生活水平的提高和人們健康、環(huán)境意識的增強，抗菌纖維的需求必構成潛在巨大的市場，抗菌纖維的生產(chǎn)將成為一個新興的重要產(chǎn)業(yè)領域。隨著抗菌紡織品的蓬勃發(fā)展，抗菌纖維和抗菌紡織品倍受人們的青睞，現(xiàn)已有各種抗菌產(chǎn)品紛紛涌入市場。 為了規(guī)范這一市場，就需要一個合理而有效的檢測標準。迄今為止，國際上對紡織品抗菌性能測試的方法還沒有統(tǒng)一的標準，在實驗菌種、實驗儀器、實驗方法和評價方法等方面都有一定的差異，不同的檢測方法對檢測結果也有影響，尤其是纖維的抗菌性能檢測較繁瑣，且費用較高，這在一定程度上制約了抗菌紡織品檢測的規(guī)范性。

本文從金屬離子溶出機理[1]出發(fā)，即利用含金屬離子的納米抗菌材料[2]，如無機復合納米(銀系、鈦系等)抗菌粉體，能夠在一定的條件下溶出金屬離子，使抗菌材料具有抗菌性，利用這一特點來研究納米抗菌纖維浸泡液的電導率與所開發(fā)出抗菌纖維的抗菌性能的關系，來間接評價納米抗菌纖維的抗菌性。

1 試 驗

1.1 實驗材料與儀器

材料：普通滌綸(1.5 D×38 mm，)、納米銅狀無機抗菌滌綸(1.5 D×38 mm)、納米銅狀無機抗菌丙綸(1.5 D×38 mm)，均為市售，自制稀土抗菌錦綸。PBS緩沖液，營養(yǎng)瓊脂(若干)。金黃色葡萄球菌(S.aureus)NCTC 26025( 由青島大學醫(yī)學院菌種室保藏)。

儀器：電導率測試儀(上海理達儀器廠，DDS-11A型精密)、恒溫水浴鍋(江蘇國華儀器廠，HH-4型數(shù)顯，帶磁力攪拌)、恒溫振蕩器(上海躍進毅力器械廠，THZ-82型)； 電熱恒溫培養(yǎng)箱(南京市江寧電器儀器廠，J303-4型)，滅菌鍋，移液管、三角燒瓶和平皿(若干)。

1.2 納米纖維浸泡液抗菌性能的表征

取定量纖維，放入定量20 ℃蒸餾水中，按實驗要求浸泡一定時間，分別測定各實驗中的浸泡液電導率，選擇4種纖維浸泡10 h以后的浸泡液，參考美國道康寧公司開發(fā)的振蕩燒瓶法[3]Shake Flask Method來測定抗菌效果。燒瓶振蕩法能夠使細菌與纖維浸泡液中溶出離子充分接觸，通過平皿菌落記數(shù)可以測得浸泡液的抑菌率，有效直觀的來評價抗菌效力。

2 結果與討論

2.1 抗菌纖維離子溶出的影響因素分析

2.1.1 試驗時間與浸泡液電導率的關系

分別作4種纖維在20 ℃、37 ℃和60 ℃條件下，浸泡時間與浸泡液電導率的折線圖，見圖1、圖2和圖3。

圖1 20 ℃時纖維浸泡液電導率隨時間變化圖

圖2 37 ℃時纖維浸泡液電導率隨時間變化圖

圖3 60 ℃時纖維浸泡液電導率隨時間變化圖

從圖1～3中可以看出：普通滌綸的電導率曲線受溫度的影響最小； 抗菌滌綸和抗菌丙綸的電導率曲線的特征受溫度的影響不大，但在其它條件相同時浸泡，其電導率隨溫度的提高而提高，每增加20 ℃其電導率約增加一倍；抗菌錦綸的電導率曲線受溫度的影響最大，隨溫度的提高電導率在達到拐點后的斜率明顯減小，即平衡時間縮短。

分析以上試驗數(shù)據(jù)可知，抗菌纖維浸出液的電導率隨時間的延長總體呈上升趨勢，但由于各化纖均經(jīng)過后整理加工，表面抗靜電劑等化學物質很快溶出，且初始階段以纖維表面為界，內(nèi)外離子的濃度差較大，因此在初始階段浸泡液的電導率表現(xiàn)出較快的上升趨勢，其中，由于抗菌錦綸與其他三種纖維不同，它是稀土納米抗菌材料，其浸泡液表現(xiàn)出的電導率也明顯高于銀系抗菌材料；之后由于纖維表面化學物質的溶出逐漸減少，且內(nèi)外濃度差也逐漸減小，浸泡液的電導率便逐漸趨于平衡。溫度越高，平衡時間越短。

2.1.2 試驗溫度與浸泡液電導率的關系

圖4 不同溫度下蒸餾水電導率變化圖

分別測試4種纖維在5 min(初始階段)、300 min(數(shù)值趨于穩(wěn)定階段)和600 min(試驗結束時)三個時間下，浸泡溫度與浸泡液電導率的散點圖，見圖5、圖6和圖7。

圖5 5 min后纖維浸泡液電導率隨溫度變化圖

圖6 300 min后纖維浸泡液電導率隨溫度變化圖

圖7 600 min后纖維浸泡液電導率隨溫度變化圖

由布朗運動規(guī)律可知，在其它條件一定的情況下，溶液中離子的擴散系數(shù)與溫度正相關，由于蒸餾水中離子含量穩(wěn)定且數(shù)量相對較少，因此，圖4電導率起始線形上升，很快達到平衡。而對于離子含量較為復雜的各種纖維浸泡液，隨溫度升高，離子運動加劇，浸泡時間內(nèi)電導率隨溫度上升幾乎成線形上升趨勢變化； 同時可以看出，納米抗菌錦綸離子溶出的速度和數(shù)量明顯高于納米銀抗菌滌綸和普通滌綸，而納米銀抗菌滌綸又高于普通滌綸。

2.1.3 浸泡次數(shù)與浸泡液電導率的關系

在20 ℃下，4種抗菌纖維分別浸泡不同次數(shù)后，各纖維浸泡液的電導率變化如圖8、圖9、圖10和圖11所示。

圖8 20 ℃下普通滌綸浸泡3次

圖9 20 ℃下抗菌滌綸浸泡3次

圖10 20 ℃下抗菌丙綸浸泡3次

圖11 20 ℃下抗菌錦綸浸泡3次

浸泡次數(shù)對抗菌離子的影響歸根結底還是浸泡時間的影響，抗菌離子的溶出數(shù)量隨著浸泡次數(shù)的增加而降低，但對于普通滌綸、抗菌滌綸和抗菌丙綸，第二次浸泡時，離子溶出明顯降低，而對于抗菌錦綸，再次浸泡，仍有大量離子溶出，但各種纖維在反復浸泡3次后(每次浸泡10 h)，浸出液的電導率值都已基本趨于穩(wěn)定，離子溶出達到平衡，那么抗菌錦綸的抗菌耐久性能要好于抗菌滌綸。通過本試驗，可以認為抗菌纖維的抗菌效果與離子溶出相關，各種纖維耐浸泡次數(shù)在一定程度上反映了纖維的耐反復洗滌性能即抗菌耐久性能。

2.2 纖維抗菌耐久性與浸泡液電導率的關系

為了驗證以上設想的結論，選擇4種纖維浸泡10 h以后的浸泡液作為抗菌試驗的檢測材料，將其抗菌效果結合浸泡液電導率作分析。將抗菌試驗結果整理計算可以得出表1。

表1 抗菌試驗結果

以上試驗結果抗菌樣與對比樣抑菌率差值大于26%，試驗結果有效。經(jīng)過3次反復浸泡以后，3種抗菌纖維的抗菌性能分別降低了66.6%、0%、22.8%，由此可以看出，抗菌丙綸試樣的耐浸泡性能即抗菌耐久性最好，抗菌錦綸次之，抗菌滌綸最差。同時，對于抗菌機理相同的抗菌滌綸和抗菌丙綸纖維，其電導率大小一直相當，而試驗結果也表明，二者基本接近，這與試驗結果中設想是基本一致的。由此得出，對于同系抗菌材料，其浸出液的電導率與纖維的抑菌性能密切相關。

3 結 論

(1)抗菌纖維浸泡液的電導率隨時間的延長總體呈上升趨勢，但由于各纖維都經(jīng)過后整理加工，表面的一些化學物質很快溶出。且在初始階段以纖維表面為界，內(nèi)外離子的濃度差較大，因此在初始階段浸泡液的電導率表現(xiàn)出較快的上升趨勢；之后由于纖維表面化學物質的溶出逐漸減少，且內(nèi)外濃度差也逐漸減小，浸泡液的電導率便逐漸趨于平衡。從上述試驗發(fā)現(xiàn)，溫度越高，到達平衡的時間越短。

(2)在其它條件一定的情況下，溶液中離子的擴散系數(shù)與溫度正相關，隨溫度升高，離子運動加劇，一定浸泡時間內(nèi)電導率隨溫度上升幾乎成線形上升趨勢變化。

(3)浸泡次數(shù)對抗菌粒子的影響歸根結底還是浸泡時間的影響，各種纖維耐浸泡次數(shù)在一定程度上反映了纖維的耐反復洗滌性能即抗菌耐久性能，我們可以得出結論對于同系抗菌材料，其浸出液的電導率與纖維的抑菌性能密切相關。但有關纖維的抑菌率和浸泡液電導率之間的相互關系有待進一步研究。

[1] 楊修春，杜天倫．離子交換法在鈉鈣硅酸鹽玻璃中原位合成銀納米顆粒研究[J]．硅酸鹽學報，2005(11)：45-48．.

[2] 林大偉．納米技術在國內(nèi)的發(fā)展 [J] ．海峽科技，2001(11)：63-65.

[3] 金永安，姜生．紡織品抗菌性能檢測方法及評估[J] ．北京紡織，2005 (1)：65-68.