基于納米銅-氧化鋅的聚丙烯腈抗菌纖維制備及其性能

方 瑜，李 楠，呂汪洋

(浙江理工大學(xué)紡織纖維材料與加工技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，杭州 310018)

有害細(xì)菌在自然界中分布范圍廣泛，十分容易被人體接觸，嚴(yán)重威脅著人類的身體健康。細(xì)菌感染是世界上主要的公共衛(wèi)生挑戰(zhàn)之一[1]，其中治療細(xì)菌感染最廣泛使用的方法是抗生素。但是由于耐藥細(xì)菌菌株的發(fā)展，傳統(tǒng)抗生素的效率正在下降[2]。這迫切要求開發(fā)高效的不易引起細(xì)菌耐藥性的抗菌材料[3- 4]。

無機(jī)抗菌材料通常不易產(chǎn)生耐藥性，因此引起了不同學(xué)科的高度關(guān)注[5]。在現(xiàn)有的無機(jī)抗菌材料中，氧化鋅(ZnO)是一種很有前途的抗菌劑，具有良好的熱穩(wěn)定性、高抗菌活性和優(yōu)異的生物相容性[6-8]。ZnO對(duì)廣譜細(xì)菌表現(xiàn)出優(yōu)異的抗菌性能[9]，且ZnO與細(xì)菌之間的相互作用當(dāng)ZnO粒子縮小到納米級(jí)尺寸時(shí)更加有效，細(xì)菌大多致死。納米氧化鋅(ZnO NPs)對(duì)細(xì)胞無毒且具有生物相容性[10-11]。ZnO NPs的潛在抗菌機(jī)理是ZnO NPs可以向外界環(huán)境提供電子，從而產(chǎn)生可以有效殺死細(xì)菌的自由基[12]。然而，由于需要光照射的使用條件，難以將ZnO NPs應(yīng)用于更廣泛的使用環(huán)境。

納米銅(Cu NPs)具有優(yōu)異的抗菌性能，引起了廣大研究人員的關(guān)注，其抗菌機(jī)理處于研究階段[13-16]。與Ag或Zn化合物相比，Cu NPs具有更高效的抗菌性能和更低的成本。此外，納米顆粒的高活性使其容易團(tuán)聚，這限制了抗菌活性的正常發(fā)揮[17-18]。因此，在某種載體材料上負(fù)載Cu NPs有利于解決其分散性問題?；谏鲜鰲l件，ZnO NPs可以作為納米顆粒的載體材料，實(shí)現(xiàn)協(xié)同抗菌。此外，單一類型的抗菌劑在實(shí)際應(yīng)用中具有一定的局限性，因此，制備多組分的復(fù)合抗菌劑迫在眉睫。在通常情況下，抗菌劑大多以粉末的形式存在，在實(shí)際應(yīng)用中容易沉積團(tuán)聚，不利于回收，因此有必要將抗菌劑粉末負(fù)載于一定的載體來解決分散和回收的問題。其中，聚丙烯腈(PAN)纖維具有良好的光學(xué)、化學(xué)、熱穩(wěn)定及親水性能，是粉末抗菌劑的合適載體。

本文通過原位還原法將Cu NPs負(fù)載到ZnO NPs上，制備得到復(fù)合抗菌劑Cu-ZnO NPs，并通過離心-靜電紡絲技術(shù)制備得到Cu-ZnO/PAN纖維，采用掃描電鏡、透射電鏡、紅外光譜儀等對(duì)其進(jìn)行表征，以金黃色葡萄球菌(Staphylococcusaureus,S.aureus)和大腸桿菌(Escherichiacoli,E.coli)作為目標(biāo)菌種進(jìn)行抗菌實(shí)驗(yàn)測(cè)試其抗菌性能，并通過抑菌圈實(shí)驗(yàn)、電子順磁共振自旋捕獲技術(shù)研究抗菌機(jī)理，為闡明Cu-ZnO/PAN纖維的抗菌機(jī)制提供理論依據(jù)。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

納米氧化鋅(ZnO NPs)和L-抗壞血酸購(gòu)自阿拉丁試劑(上海)有限公司；氯化銅(II)二水合物(CuCl2·2H2O)購(gòu)自天津博迪化工有限公司；聚丙烯腈(PAN)購(gòu)自北京百靈威科技有限公司；N, N-二甲基甲酰胺(DMF)購(gòu)自杭州高晶精細(xì)化工有限公司；大腸桿菌菌種(E.coli)和金黃色葡萄球菌菌種(S.aureus)購(gòu)自上海魯微科技有限公司。所有實(shí)驗(yàn)均使用去離子水，所有化學(xué)試劑均為分析純，未經(jīng)進(jìn)一步純化。

1.2 Cu-ZnO NPs復(fù)合抗菌劑的制備

將ZnO NPs (2.00 g)超聲分散至50 mL去離子水中(超聲時(shí)間30 min，頻率40 kHz)，將CuCl2·2H2O (0.27 g)溶解在50 mL去離子水中制備得到CuCl2·2H2O水溶液。將裝有ZnO NPs和CuCl2·2H2O水溶液的燒瓶在80 ℃下回流冷凝，邊攪拌邊將50 mL L-抗壞血酸水溶液(6.25 mmol)逐滴滴加到燒瓶中?；旌先芤涸?0 ℃下攪拌20 h，直到獲得深色溶液。所得產(chǎn)物通過無水乙醇和去離子水洗滌離心分離，最后冷凍干燥，即得到Cu-ZnO NPs復(fù)合抗菌劑。

1.3 Cu-ZnO/PAN抗菌纖維的制備

制備質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的聚丙烯腈溶液：稱取1.57 g PAN在20 mL樣品瓶中，加入15 mL DMF，通過超聲分散和磁力攪拌，得到透明均勻粘稠的溶液。

制備不同比例的Cu-ZnO/PAN溶液，稱取不同質(zhì)量的Cu-ZnO NPs復(fù)合抗菌劑(Cu-ZnO NPs的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為2.5%、5%、7.5%和10%)加入到PAN溶液中，磁力攪拌24 h得到均勻粘稠的紡絲溶液。通過離心-靜電紡絲技術(shù)將紡絲液進(jìn)行紡絲，紡絲參數(shù)如下：紡絲電壓為12 kV，轉(zhuǎn)速為 3 000 r/min，接收距離為11 cm，紡絲針頭為 27 G，其內(nèi)徑為0.21 mm。得到不同比例抗菌劑的紡絲纖維。

1.4 材料表征

采用Zeiss Gemini SEM 500型號(hào)的場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)和JEOL JEM 2100F型號(hào)的透射電子顯微鏡(TEM)對(duì)抗菌劑和纖維的形貌進(jìn)行分析測(cè)定。采用Agilent ICP-MS 7700型號(hào)的電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)測(cè)定抗菌劑和纖維中的銅含量。采用VERTEX 70型號(hào)的傅里葉變換紅外光譜(FTIR)在4 000～400 cm-1的波數(shù)掃描范圍內(nèi)分析抗菌劑和纖維的化學(xué)結(jié)構(gòu)和化學(xué)環(huán)境。采用Bruker D8 Discovery型號(hào)的X射線衍射(XRD)分析抗菌劑和纖維的晶體結(jié)構(gòu)。采用Thermo Scientific K-alpha型號(hào)的X射線光電子能譜(XPS)研究抗菌劑和纖維的表面化學(xué)成分。采用Bruker A300 Germany型號(hào)的電子順磁共振自旋捕獲技術(shù)檢測(cè)電子順磁共振(EPR)信號(hào)，在室溫下用5,5-二甲基-1-吡咯啉-N-氧化物(DMPO)和2,2,6,6-四甲基哌啶(TEMP)捕獲劑捕獲自由基。

1.5 抗菌性能測(cè)試

按照GB/T 20944.3—2008《紡織品 抗菌性能的評(píng)價(jià) 第3部分：振蕩法》規(guī)定的測(cè)試方法，在黑暗條件下選用典型的革蘭氏陽性菌金黃色葡萄球菌(S.aureus)和革蘭氏陰性菌大腸桿菌(E.coli)作為測(cè)試菌種來評(píng)價(jià)纖維的抗菌性能。利用平板計(jì)數(shù)法測(cè)定細(xì)菌增殖情況，按照式(1)計(jì)算抑菌率：

(1)

式中：Y是試樣的抑菌率，A和B分別是抗菌纖維(或未抗菌處理纖維)試樣恒溫振蕩18 h后和空白對(duì)照離心管內(nèi)的菌落數(shù)。

1.6 耐水洗性能測(cè)試

參考FZ/T 73023—2006《抗菌針織品》附錄C的簡(jiǎn)化洗滌條件及程序，對(duì)Cu-ZnO/PAN抗菌纖維試樣進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)洗滌。用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的AATCC 1993標(biāo)準(zhǔn)洗滌劑2 g/L溶液作為洗滌液，將試樣與洗滌液按照浴比1∶30放入樣品瓶中，將樣品瓶放入水浴恒溫振蕩器中，以振蕩頻率150 r/min、水溫40 ℃、振蕩洗滌5 min，洗滌結(jié)束后取出試樣，用去離子水清洗數(shù)次作為1次洗滌過程。按照上述洗滌程序，自行設(shè)定洗滌時(shí)間為50、100、150、200 min和 250 min，即水洗10、20、30、40次和50次。每個(gè)試樣做3個(gè)平行樣，在黑暗條件下利用平板計(jì)數(shù)法測(cè)定細(xì)菌增殖情況，根據(jù)式(1)計(jì)算抑菌率評(píng)價(jià)試樣的耐水洗性能。

2 結(jié)果與討論

2.1 表征分析

圖1為Cu-ZnO NPs、PAN和Cu-ZnO/PAN的SEM照片。圖1(a)—(b)展示了Cu-ZnO NPs的微觀形貌，圖中未看到明顯的大顆粒物質(zhì)，說明其分散性較好，不易團(tuán)聚；圖1(c)—(f)分別為PAN和Cu-ZnO/PAN纖維的形貌照片，纖維表面相對(duì)干凈光滑，形貌相比并沒有發(fā)生明顯變化，說明抗菌劑的存在對(duì)于纖維的形貌結(jié)構(gòu)沒有較大影響。

圖1 Cu-ZnO NPs、PAN和Cu-ZnO/PAN的SEM照片F(xiàn)ig.1 SEM images of Cu-ZnO NPs, PAN and Cu-ZnO/PAN

樣品的微觀形貌結(jié)構(gòu)通過透射電子顯微鏡確定，圖2是Cu-ZnO NPs和Cu-ZnO/PAN的TEM照片。圖2(a)—(b)展示了Cu-ZnO NPs的微觀結(jié)構(gòu)，從圖2(a)—(b)中可以看出，復(fù)合抗菌劑中 Cu NPs 和 ZnO NPs 相互堆疊。Cu-ZnO/PAN的TEM照片如圖2(c)—(d)所示，從圖2(c)—(d)中可以清晰地看出，Cu-ZnO/PAN表面較粗糙，有黑色物質(zhì)半嵌入半裸露在纖維表面。此外，纖維內(nèi)部也有黑色塊狀物，可能是PAN纖維內(nèi)部Cu-ZnO NPs的堆疊。結(jié)果表明，在PAN纖維中有大量的Cu-ZnO NPs或嵌入，或裸露在纖維的內(nèi)部和表面，說明已成功制備得到 Cu-ZnO/PAN纖維。進(jìn)一步利用TEM-EDX mapping分析Cu-ZnO/PAN的元素分布以及Cu-ZnO NPs在纖維中的分布情況，結(jié)果如圖3所示。從圖3中可以看出，復(fù)合抗菌劑中含有Zn、O和Cu元素，故通過原位還原法將Cu NPs還原到ZnO NPs上，其Cu元素與Zn和O元素分布基本一致，說明成功制備得到Cu-ZnO NPs且已負(fù)載至PAN纖維上。

圖2 Cu-ZnO NPs和Cu-ZnO/PAN的TEM照片F(xiàn)ig.2 TEM images of Cu-ZnO NPs and Cu-ZnO/PAN

圖3 Cu-ZnO/PAN的元素面掃描照片F(xiàn)ig.3 Elemental mapping images of Cu-ZnO/PAN

采用ICP-MS測(cè)定了Cu-ZnO NPs及Cu-ZnO/PAN中Cu元素的具體含量，結(jié)果如表1所示。Cu2+的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線如圖4所示。根據(jù)Cu元素的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，結(jié)合表1的數(shù)據(jù)，可以計(jì)算出 61.80 mg Cu-ZnO NPs中的Cu含量為 27957.16 mg/kg，17.50 mg Cu-ZnO/PAN中的Cu含量為1098.17 mg/kg，由此推算出Cu-ZnO NPs和Cu-ZnO/PAN中Cu含量分別為2.80%和0.11%。

表1 Cu-ZnO NPs和Cu-ZnO/PAN的ICP測(cè)試結(jié)果Tab.1 ICP test results of Cu-ZnO NPs and Cu-ZnO/PAN

圖4 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜中Cu2+的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線Fig.4 Standard working curve of Cu2+ in inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy

通過XRD分析研究了Cu-ZnO NPs、PAN和Cu-ZnO/PAN纖維，得到的數(shù)據(jù)如圖5所示。如圖5(a)所示，2θ=31.8°、34.5°、36.3°、47.6°、56.7°、62.9°、68.0°和69.2°處的8個(gè)特征峰歸因于(100)、(002)、(101)、(102)、(110)、(103)、(112)和(201)晶面，分別對(duì)應(yīng)于ZnO NPs的六方纖鋅礦相(PDF卡 75-0576)[19-20]。圖5(a)中強(qiáng)而窄的衍射峰表明ZnO NPs具有高度的結(jié)晶度[21]。此外，在2θ=43.3°、50.4°和74.1°處有3個(gè)尖銳且高強(qiáng)度的衍射峰，分別對(duì)應(yīng)于Cu NPs的(111)、(200)和(220)晶面(PDF卡 85-1326)[22]，說明已成功制備Cu-ZnO NPs復(fù)合抗菌劑。除了ZnO NPs和Cu NPs，在XRD圖中沒有觀察到其他特征峰，這證實(shí)了合成的Cu-ZnO NPs復(fù)合物的高純度。結(jié)合XRD譜圖通過Scherrer公式，可計(jì)算得出Cu NPs的大小為22.97 nm。此外，負(fù)載纖維后Cu-ZnO NPs特征峰明顯消失的原因是粉末狀抗菌劑的比例較低。如 圖5(b) 所示，隨著抗菌劑的含量增加，衍射峰逐漸變強(qiáng)，說明已成功制備Cu-ZnO/PAN纖維。

圖5 復(fù)合抗菌劑和不同抗菌劑含量的纖維的XRD圖Fig.5 XRD patterns of composite antibacterial agent and fibers with different antibacterial agent contents

Cu-ZnO NPs、PAN和Cu-ZnO/PAN的傅里葉紅外光譜圖(FTIR)如圖6所示。從PAN的FTIR圖可知，在2 939 cm-1觀察到的吸收峰歸因于CH2基團(tuán)的C—H伸縮振動(dòng)，2 244 cm-1處的吸收峰與聚合物鏈中丙烯腈單元的C≡N拉伸有關(guān)，1 627 cm-1觀察到的弱吸收峰歸因于羰基中的 C=C 振動(dòng)，位于1 454 cm-1的CH2基團(tuán)中的C—H拉伸振動(dòng)和1 365 cm-1的C—H拉伸振動(dòng)的兩條譜帶是沿著PAN主鏈的脂肪族CH基團(tuán)的特征。1 226 cm-1處的譜帶歸屬于醋酸鹽中的C—O振動(dòng)，而在1 074 cm-1處的C—O基團(tuán)與1, 2, 3丙三醇的碳原子相連。對(duì)Cu-ZnO NPs來說，在1 640 cm-1和3 450 cm-1觀察到的相對(duì)強(qiáng)烈的吸收峰歸因于O—H彎曲和O—H伸縮振動(dòng)，453 cm-1處的特征吸收峰歸因于ZnO NPs的Zn—O鍵伸縮振動(dòng)。而Cu-ZnO/PAN和PAN的特征峰基本相似，這可能是因?yàn)槔w維所負(fù)載的Cu-ZnO NPs含量較少。

圖6 抗菌劑和纖維的FTIR圖Fig.6 FTIR spectra of antibacterial agent and fibers

Cu-ZnO NPs、PAN和Cu-ZnO/PAN的X射線光電子能譜圖(XPS)如圖7所示。從圖7(a) XPS全譜中可以看出Cu-ZnO/PAN纖維表面主要存在C、N、O、Cu、Zn元素。圖7(b)為Cu 2p的高分辨譜圖，從中觀察到Cu 2p1/2和Cu 2p3/2峰。此外，Cu 2p1/2和Cu 2p3/2區(qū)域之間的峰差異為 19.85 eV，這證實(shí)了僅存在Cu0/Cu+。一般來說，在Cu0/Cu+區(qū)域觀察到的主峰無法區(qū)分，因?yàn)楸舜说慕Y(jié)合能值非常接近[23]。結(jié)合XRD測(cè)試結(jié)果可以得出，實(shí)驗(yàn)中大部分生成的是銅納米粒子。圖7(c)為Zn 2p的高分辨譜圖，從圖7(c)中可以看出，Zn 2p 有兩個(gè)擬合峰，分別位于1 044.4和 1 021.3 eV，分別歸因于Zn 2p1/2和Zn 2p3/2[24]，表明Cu-ZnO NPs和Cu-ZnO/PAN表面的Zn化學(xué)價(jià)為+2，進(jìn)一步證明了 Cu-ZnO NPs和Cu-ZnO/PAN的成功制備。

圖7 Cu-ZnO NPs、PAN和Cu-ZnO/PAN的XPS圖Fig.7 XPS spectra of Cu-ZnO NPs, PAN and Cu-ZnO/PAN

2.2 抗菌性能分析

抗菌劑的含量是影響纖維抗菌性能的關(guān)鍵因素。通過比較樣品和空白對(duì)照的菌落增殖和抑菌率來評(píng)價(jià)Cu-ZnO/PAN纖維的抑菌性能。圖8(a)和圖8(b)顯示，與空白對(duì)照相比，未經(jīng)處理的PAN纖維本身不具有抗菌能力。由于纖維具有一定的厚度和吸附能力，菌落數(shù)略有減少，抑菌率低于20%。Cu-ZnO/PAN纖維對(duì)E.coli和S.aureus具有一定的抑菌作用，且隨著抗菌劑含量的增加，纖維的抑菌率逐漸提高。此外，由圖8(c)可知，抗菌劑含量為5%或以上的抗菌纖維對(duì)S.aureus和E.coli的抗菌效果可達(dá)99%。利用激光掃描共聚焦顯微鏡拍攝了纖維與細(xì)菌共培養(yǎng)后的細(xì)菌死活情況，結(jié)果如圖9所示。從圖9中可知空白對(duì)照組的細(xì)菌仍大多處于存活狀態(tài)，而纖維和細(xì)菌共培養(yǎng)18 h后，大部分細(xì)菌已經(jīng)死亡，這說明纖維具有優(yōu)異的抗菌性能。

圖8 纖維的抗菌性能Fig.8 Antibacterial properties of fibers

圖9 空白對(duì)照和纖維與細(xì)菌共培養(yǎng)18 h后的激光共聚焦顯微鏡圖Fig.9 Laser scanning confocal microscope images of blank control and Cu-ZnO/PAN fiber co-cultured against bacterium after 18 h

2.3 耐水洗性能分析

圖10(a)—(b)為Cu-ZnO/PAN纖維洗滌前后的細(xì)菌增殖情況，可以看出，纖維的抗菌性能并沒有隨著洗滌次數(shù)的增加而呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢(shì)。圖10(c)—(d)顯示纖維洗滌50次后，對(duì)E.coli和S.aureus的抑菌率仍達(dá)到97%及以上，說明 Cu-ZnO/PAN 纖維具有良好的耐洗性。纖維洗滌50次后，再次觀察SEM照片，結(jié)果如圖11所示，可以看出，纖維仍有完整的形貌結(jié)構(gòu)。通過ICP-MS測(cè)試測(cè)定纖維中的Cu含量以評(píng)價(jià)洗滌前后纖維上Cu-ZnO NPs的負(fù)載量變化，結(jié)果如表2所示。洗滌前纖維中的Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.17%，洗滌后纖維中的Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.14%，因Cu來源于Cu-ZnO NPs，故可得出洗滌前后纖維上Cu-ZnO NPs的負(fù)載量沒有明顯變化，其略微差異可能是由于離心-靜電紡絲過程中Cu-ZnO NPs在PAN中的分布不均勻造成的。結(jié)合洗滌后的抑菌試驗(yàn)結(jié)果表明該纖維具有良好的耐洗滌性。

圖10 不同洗滌次數(shù)的Cu-ZnO/PAN纖維抗菌效果Fig.10 Antibacterial images of Cu-ZnO/PAN fibers with different washing times

圖11 Cu-ZnO/PAN纖維洗滌50次后的SEM照片F(xiàn)ig.11 SEM images of fiber after washing 50 times

表2 Cu-ZnO/PAN洗滌前后的ICP測(cè)試結(jié)果Tab.2 ICP test results of Cu-ZnO/PAN before and after washing

2.4 抗菌機(jī)理分析

金屬納米粒子表現(xiàn)出兩種主要的抗菌機(jī)制，包括“接觸殺滅”和“離子介導(dǎo)殺滅”。Cu2+對(duì)大腸桿菌的最低抑菌質(zhì)量濃度(MIC)為4×105μg/L，對(duì)金黃色葡萄球菌的MIC為2×105μg/L。此外，Cu NPs 對(duì)大腸桿菌的MIC為2×105μg/L，而對(duì)金黃色葡萄球菌的MIC為1×105μg/L[25]。如表3和圖12所示，纖維溶液振蕩18 h后Cu元素質(zhì)量濃度為 3 801.44 μg/L，Cu-ZnO/PAN纖維對(duì)金黃色葡萄球菌和大腸桿菌沒有明顯的抑制區(qū)域。由于Cu離子的泄漏或Cu-ZnO/PAN纖維中Cu NPs的掉落非常有限，泄漏的Cu元素質(zhì)量濃度遠(yuǎn)低于所需的Cu離子或Cu納米粒子的MIC。因此，“離子介導(dǎo)的殺傷”不是Cu-ZnO/PAN纖維的主要抗菌機(jī)制。

圖12 Cu-ZnO/PAN纖維的抑菌圈Fig.12 Inhibition zone images of Cu-ZnO/PAN fibers

表3 Cu-ZnO/PAN纖維振蕩18 h后溶液的ICP測(cè)試結(jié)果Tab.3 ICP test results of Cu-ZnO/PAN fiber solution after 18 h′s shaking

進(jìn)行電子順磁共振自旋捕獲技術(shù)(EPR)測(cè)試以檢測(cè)可能的活性自由基。DMPO和TEMP被用作捕獲自由基的捕獲試劑[26]。如圖13(a)所示，在Cu-ZnO/PAN體系中檢測(cè)到強(qiáng)度比為1∶1∶1的TEMP-1O2信號(hào)峰，表明在Cu-ZnO/PAN體系中產(chǎn)生了1O2[27]。由圖13(b)可知，在Cu-ZnO/PAN體系中檢測(cè)到強(qiáng)度比為1∶1∶1∶1∶1∶1的DMPO-·O2—信號(hào)峰，表明在Cu-ZnO/PAN體系中產(chǎn)生了·O2—。由以上分析可知，·O2—和1O2自由基是Cu-ZnO/PAN纖維抗菌體系中的主要活性物種。Cu-ZnO NPs中的Cu(0)可以與水環(huán)境中的O2反應(yīng)，形成Cu(Ⅰ)或Cu(Ⅱ)。同時(shí)，O2可能因此變成·O2—，在水環(huán)境中可以進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為H2O2與H+和1O2[28]。這些產(chǎn)生的自由基可以穿透細(xì)菌膜，破壞細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)中的蛋白質(zhì)和核酸等大分子，而這些大分子是細(xì)菌生存的重要組成部分。根據(jù)上述結(jié)果，提出了一種針對(duì)目標(biāo)細(xì)菌死亡的抗菌機(jī)制，Cu-ZnO/PAN纖維產(chǎn)生的大量自由基作用于細(xì)菌細(xì)胞的不同部位，殺死細(xì)菌細(xì)胞。

圖13 Cu-ZnO/PAN纖維的EPR圖Fig.13 EPR images of Cu-ZnO/PAN fiber

3 結(jié) 論

為制備高抗菌活性的抗菌劑，本文通過簡(jiǎn)單易行的原位還原法將納米銅負(fù)載在納米氧化鋅表面，獲得抗菌活性較高的復(fù)合抗菌劑Cu-ZnO NPs，通過離心-靜電紡絲技術(shù)制備得到Cu-ZnO/PAN纖維。通過表征分析研究復(fù)合抗菌劑和纖維的結(jié)構(gòu)特征，并測(cè)試了其抗菌性能，主要研究結(jié)果如下：

a)復(fù)合抗菌劑Cu-ZnO NPs負(fù)載PAN纖維后，并沒有明顯改變PAN纖維的形貌結(jié)構(gòu)；Cu-ZnO/PAN纖維通過產(chǎn)生·O2—和1O2自由基，自由基可以穿透細(xì)菌膜，從而殺死目標(biāo)細(xì)菌。

b)抗菌性能和耐水洗性能測(cè)試結(jié)果表明，抗菌劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%或以上的抗菌纖維對(duì)金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抗菌效果可達(dá)99%，纖維洗滌50次后，對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率仍達(dá)到97%及以上，說明Cu-ZnO/PAN纖維具有良好的耐洗性。