納米抗菌紡織品的研究進(jìn)展

田艷紅，王建坤

(1.天津工業(yè)大學(xué)，天津 300387；2.先進(jìn)紡織復(fù)合材料教育部重點(diǎn)試驗(yàn)室，天津 300387)

納米抗菌紡織品的研究進(jìn)展

田艷紅1,2，王建坤1,2

(1.天津工業(yè)大學(xué)，天津 300387；2.先進(jìn)紡織復(fù)合材料教育部重點(diǎn)試驗(yàn)室，天津 300387)

文章簡要介紹了納米抗菌紡織品的制備、特性，綜述了納米抗菌紡織品的分類以及各類別的研究進(jìn)展，并探討了納米抗菌紡織品的發(fā)展前景。

納米抗菌；紡織品；納米材料

1　抗菌紡織品的研究現(xiàn)狀

目前抗菌紡織品的生產(chǎn)主要有兩種方法：一種是紡絲法，即在紡絲過程中加入抗菌物質(zhì)(納米抗菌劑或者抗菌纖維)噴絲形成纖維，由纖維制成相應(yīng)的抗菌紗線和織物。利用此種方法形成的抗菌織物耐洗、抗菌持久，此種方法深受國內(nèi)外的研究人員青睞[1]；另外一種方法是后整理的方法，即將抗菌整理劑通過印花、浸漬、浸軋等方法將抗菌物質(zhì)整理(化學(xué)接枝或物理附著)到織物上。這樣的后整理通常耐洗性較差，且織物原有的物化性能容易被改變。所以，利用納米技術(shù)生產(chǎn)納米抗菌紡織品是當(dāng)前納米技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域一項(xiàng)重要的應(yīng)用。

2　納米抗菌材料

2.1納米抗菌材料的分類

所謂納米材料，三維空間至少有一維處于納米尺度范圍(1～100nm)或由它們作為基本單元構(gòu)成的材料。按照納米抗菌材料的維數(shù)可以分為納米抗菌顆粒(零維)、納米抗菌纖維(一維)、納米抗菌薄膜、敷料、織物(二維)、納米抗菌塊(三維)。

2.2納米抗菌材料的特性

納米粒子表面效應(yīng)宏觀表現(xiàn)為比表面積，較大的比表面積，粒子的表面能也就高，使得附著表面的原子活性高，以此來可發(fā)揮抗菌作用[2]，同時(shí)納米粒子的不穩(wěn)定影響其耐久性；納米粒子的尺寸效應(yīng)容易使納米粒子聚集(物理聚集非化學(xué)接枝)，進(jìn)而影響抗菌效果的均勻性，使得經(jīng)抗菌整理的織物，部分抗菌性能強(qiáng)，部分抗菌性能弱。

2.3納米抗菌材料的制備

一般納米抗菌材料本質(zhì)上真正發(fā)揮抗菌作用的是納米抗菌粒子和納米膠囊。納米抗菌粒子的制備多種多樣，方法有：激光消融法、激光蒸凝法[3]、化學(xué)液相沉淀法、溶膠-凝膠法、水熱法、輻射(微波、γ射線)化學(xué)合成等方法。各納米顆粒的制備要結(jié)合自身的物化性能選則制備方法。另外還有一種新興的生物制備法即(主要有兩大體系)：一類是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;另一類是利用天然材料本身含有的還原性物質(zhì)還原金屬離子[4]。

3　紡織品的納米抗菌機(jī)理

據(jù)現(xiàn)有的相關(guān)資料，闡述納米紡織品抗菌機(jī)理的解釋主要有四種：第一種，金屬離子溶出抗菌。經(jīng)整理的紡織品含有金屬離子與附著其上的微生物的蛋白酶發(fā)生化學(xué)方應(yīng)，破壞微生物細(xì)胞的新陳代謝，從而殺死細(xì)菌。第二種，光催化殺菌機(jī)理(活性氧抗菌機(jī)理)，利用自由基的強(qiáng)氧化性阻礙生物細(xì)胞的增值，從而殺死細(xì)菌。第三種，接觸性殺菌，帶正電的金屬陽離子能與帶負(fù)電的細(xì)菌互相吸引，破壞細(xì)胞的穩(wěn)定。第四種[5]，新型空穴抗菌機(jī)理，即納米材料具有的空穴與環(huán)境中的水或氧作用，產(chǎn)生抑菌因子，抑菌因子的強(qiáng)氧化性，能夠破壞微生物細(xì)胞的增殖，最終起到抑制或殺滅細(xì)菌的作用。

4　納米抗菌紡織品

4.1納米抗菌粒子

納米抗菌劑種類繁多，大致可分為有機(jī)與無機(jī)抗菌劑。無機(jī)抗菌劑主要指金屬離子與相應(yīng)的金屬氧化物。有機(jī)抗菌劑按其來源分為天然和人工合成抗菌劑兩大類。

4.1.1無機(jī)納米抗菌粒子

無機(jī)納米抗菌劑主要分類如表1所示，且各粒子間可以復(fù)合一起發(fā)揮抗菌作用。

表1　無機(jī)納米抗菌劑

二氧化鈦抗菌粒子具有很好的環(huán)保性能且應(yīng)用范圍較廣。二氧化鈦可以與多種粒子復(fù)合如：二氧化鈦/殼聚糖、鉑/二氧化鈦、銀/二氧化鈦、二氧化硅/二氧化鈦、CNT/TiO2等。其中銀與二氧化鈦的復(fù)合使材料具有高效的抗菌性[6]。其復(fù)合模擬圖如圖1所示[7-8]。銀也能與多種粒子復(fù)合或反應(yīng)制得新的抗菌劑，例如：AgCl[9]、Ag/PVP、Ag/SiO2[10]等；與銀相比氧化鋅具有成本低，而且降低氧化鋅粒子的比表面積，在光照的條件下，與一般條件下相比其抗菌的性能會(huì)被提高[11]。銅元素的抗菌性能比銀低，銅元素常常與其它抗菌材料混合使用；CNT是通過破壞細(xì)菌的細(xì)胞膜發(fā)揮抗菌作用，其CNT-Fe/CO，CNT-CO，CNT-SnO，CNT-SiO2，CNT-ZnO，CNT-SnO2，CNT-SiC等的抗菌性能正處在研究之中。對于金元素，研究證明金/藥物混合能提高藥物的抗菌性[12]。在細(xì)胞代謝的過程中，鎵離子能夠誤導(dǎo)細(xì)胞識(shí)別將鎵離子當(dāng)成三價(jià)鐵離子，干擾細(xì)胞的代謝進(jìn)而達(dá)到殺死細(xì)菌的目的[13]。

4.1.2有機(jī)納米抗菌粒子

圖1　二氧化鈦與銀復(fù)合

4.1.3有機(jī)與無機(jī)的復(fù)合作用抗菌

最典型的有機(jī)與無機(jī)復(fù)合的抗菌材料為納米微膠囊。納米抗菌膠囊是由有機(jī)物作為膠囊的殼，其抗菌作用的無機(jī)氧化物或者金屬離子置于膠囊內(nèi)。

4.2抗菌納米纖維

抗菌納米纖維既可以通過傳統(tǒng)的紡絲方法(纖維劈裂、熔融)獲得，又可以靜電紡絲的方法獲得。靜電紡絲是近年興起的一種簡單又有效的紡納米纖維的方法。但是由于其紡絲液中的納米顆粒，使得靜電紡絲具有可紡性差、抗菌劑易流失、抗菌效率低、所紡纖維力學(xué)性能差等缺點(diǎn)[15]。

4.3抗菌織物

抗菌織物按照織物的加工工藝可分為針織、機(jī)織、非織造(敷料、衛(wèi)生巾)。非織造常采用靜電紡絲方法獲得抗菌性能，前兩種常采用后整理的方法擁有抗菌的效果。其中，對于抗菌性要求高，手感要求不高的紡織品，可采用涂層整理法，從而使納米漿料在織物表面形成柔軟的功能性涂層[16]。

5　納米抗菌紡織品的展望

納米材料在生物與醫(yī)學(xué)紡織品具有很大的應(yīng)用前景。通過對一些動(dòng)物的實(shí)驗(yàn)證明，一些納米材料對于皮膚是無傷害的[17]。在享受它給人們帶來的效益同時(shí)，我們也要思考一些不利影響。08年就有30個(gè)來自不同國家的科學(xué)家對納米材料被吸入的副作用進(jìn)行研究[18]。多年來被吸入人體的CNT已經(jīng)被證明是有毒的。銀和二氧化鈦被人體吸收后有促進(jìn)發(fā)炎的作用，此外二氧化鈦還能使人有過敏反應(yīng)[19]。因此，在研究納米材料的同時(shí)，要注重多學(xué)科的交叉，取長補(bǔ)短綜合考慮。

6　結(jié)論

隨著人們的生活水平的不斷提高，人們穿著使用的紡織品要求抗菌整理的意識(shí)也逐漸上升。納米抗菌技術(shù)的應(yīng)用也會(huì)隨之增加，這就要求相關(guān)研究人員要不斷地開發(fā)完善納米技術(shù)，同時(shí)也要保障技術(shù)的應(yīng)用對人體無危害。

[1]甄志超,胡燕,李朝順,李文東,季君暉.抗菌紡織品的發(fā)展[J].新材料產(chǎn)業(yè),2009,(7):28—31.

[2]董祥忠.先進(jìn)材料及特種液態(tài)成型(上)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2010.

[3]孫玉繡，張大偉，金政偉.納米材料的制備方法及其應(yīng)用[M].北京：中國紡織出版社, 2010.

[4]趙民鋼,周小進(jìn),黃小萃.納米銀在抗菌織物開發(fā)中的應(yīng)用概述[J].現(xiàn)代絲綢科學(xué)與技術(shù),2011,(5):195—197.

[5]R.Dastjerdi,M.R.M.Mojtahedi,A.M.Shoshtari,A.Khosroshahi.InvestigatingtheproductionandpropertiesofAg/TiO2/PPantibacterialnanocompositefilamentyarns[J].JournaloftheTextileInstitute,2010,101(3):204—213.

[6]HsiehSH,ZhangFR,LiHS.Anti-ultravioletandphysicalpropertiesofwoolenfabricscuredwithcitricacidandTiO2/chitosan[J].JournalofAppliedPolymerScience,2006,100(6):4311—4319.

[7]DastjerdiR,MojtahediMRM,ShoshtariAM.InvestigatingtheeffectofvariousblendratiosofpreparedmasterbatchcontainingAg/TiO2nanocompositeonthepropertiesofbioactivecontinuousfilamentyarns[J].FibersandPolymers,2008,9(6):727—734.

[8]DastjerdiR,MojtahediMRM,ShoshtariAM.ComparingtheeffectofthreeprocessingmethodsformodificationoffilamentyarnswithinorganicnanocompositefillerandtheirbioactivityagainstStaphylococcusaureus[J].MacromolecularResearch,2009,17(6):378—387.

[9]PotiyarajP,KumlangdudsanaP,DubasST.Synthesisofsilverchloridenanocrystalonsilkfibers[J].MaterialsLetters,2007,61(11):2464—2466.

[10]S.Wang,W.Hou,L.Wei,H.Jia,X.Liu,B.Xu.Antibacterialactivityofnano-SiO2antibacterialagentgraftedonwoolsurface[J].SurfaceandCoatingsTechnology,2007,202(3):460—465.

[11]Q.Li,S.L.Chen,W.C.Jiang.DurabilityofnanoZnOantibacterialcottonfabrictosweat[J].JournalofAppliedPolymerScience,2007,103 (1):412—416.

[12]A.N.Grace,K.Pandian.Antibacterialefficacyofaminoglycosidicantibioticsprotectedgoldnanoparticles:abriefstudy[J].ColloidsandSurfacesA:PhysicochemicalandEngineeringAspects,2007,297(1):63—70.

[13]S.P.Valappil,D.Ready,E.A.A.Neel,D.M.Pickup,W.Chrzanowski,A.O’Dell,L.R.J.Newport,M.E.Smith,M.Wilson,J.C.Knowles.Antimicrobialgallium-dopedphosphate-basedglasses[J].AdvancedFunctionalMaterial,2008,18(5):732—741.

[14]童忠良.納米化工產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2006.

[15]孫娟,姚琛,李新松.抗菌聚合物納米纖維的研究進(jìn)展[J].高分子通報(bào)，2010,(8)：27—33.

[16]宋鋮.納米腈綸抗菌纖維的生產(chǎn)及應(yīng)用[J].輕紡工業(yè)與技術(shù),2010,(5):1—3.

[17]H.J.Lee,S.H.Jeong.Bacteriostasisandskininnoxiousnessofnanosizesilvercolloidsontextilefabrics[J].TextileResearchJournal,2005,75(7):551—556.

[18]T.L.Dawson.Nanomaterialsfortextileprocessingandph-

otonicapplications[J].ColorimetricTechnology,2008,124(5):261—272.

[19]L.E.Murr.Nano-particulatematerialsinantiquity:thegood,thebadandtheugly[J].MaterialsCharacterization,2009,60(4):261—270.

ResearchProgressofNano-antibacterialTextiles

Tian Yanhong1，2， Wang Jiankun1，2

(1.TianjinPolytechnicUniversity，Tianjin300387，China;2.MinistryofEducationKeyLaboratoryofAdvancedTextileCompositeMaterials,Tianjin300387,China)

Thecharacteristicsandpreparationofnano-antribacterialtextilesweredescribed.Theclassificationandresearchprogressofnano-antibacterialtextilesweresummarized.Thedevelopmentpropectwereexploredaswell.

nano-antibacteria;textiles;nano-materials

2014-12-11

國家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目(201210058038)

田艷紅(1987—)，女，河北保定人，碩士研究生。

TS195.6

A

1009-3028(2015)02-0041-03