銀系抗菌纖維的性能及應用

李會改

(江西省現(xiàn)代服裝工程技術研究中心(江西服裝學院), 江西 南昌　330201)

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銀系抗菌纖維的性能及應用

李會改

(江西省現(xiàn)代服裝工程技術研究中心(江西服裝學院), 江西 南昌330201)

銀系抗菌纖維被廣泛用于制備抗菌紡織品，市場前景巨大。論述了銀系抗菌纖維的制備方法和緩釋性能、抗菌性能、安全性能及其應用領域。

銀系抗菌纖維性能應用

0　引言

隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展，人們的消費觀念由單一的追求保暖舒適向功能性、環(huán)保安全、生態(tài)健康等方向發(fā)展。近年來，由微生物引發(fā)的各類疾病備受人們關注，開發(fā)抗菌類紡織品已迫在眉睫。銀系抗菌材料因其銀類抗菌劑強大持久的抗菌性能備受青睞。本文就銀系抗菌纖維的制備方法、緩釋性能、抗菌性能、安全性能及應用等方面進行闡述。

1　銀系抗菌纖維的制備方法

目前，銀系抗菌纖維主要是通過鍍銀、接枝改性、后整理以及共混紡絲等方法制備的。銀系抗菌纖維相對成熟的制備方法是鍍銀法，其實質(zhì)是在纖維表面形成一層金屬膜。Flick博士將銀涂在繃帶上，制備出銀涂層類抗菌敷料；在此基礎上，日本三菱公司開發(fā)出了涂銀聚酷纖維。化學接枝改性法是制備功能性纖維的常用方法，通過改善纖維表面使其具有能與抗菌基團作用的接枝作用點。梁右宜等[1]先用化學試劑乙二胺、硫化鈉對腈綸纖維進行改性，進而浸泡硝酸銀溶液，從而制備了具有抗菌性能的銀系纖維；張娜等人[2]則通過將腈綸纖維浸漬在含有羥胺水溶液的乙二醇溶液中，獲得偕胺肟螯合基團，再與AgNO3溶液反應，將銀離子螯合到腈綸纖維中，進而制備腈綸基銀系纖維。目前接枝法制備抗菌纖維還處于實驗室研究階段，存在著接枝率不高等問題。而在后整理法制備銀系抗菌纖維的方法中，應用最為廣泛的當屬涂層法。常見的制備方法是將纖維制品浸漬于一定濃度的AgNO3溶液中，待AgNO3附著于纖維制品表面后進行干燥備用。其制備過程簡單、速率快，但銀離子的釋放速率較快，不易控制，且抗菌效率隨著洗滌次數(shù)呈下降趨勢。共混紡絲法主要以載銀無機沸石或納米層狀銀系抗菌母粒為抗菌劑，在制備的過程中需要添加分散劑等化學助劑，通過擠壓、噴絲等工藝，可紡制出耐洗滌和持久抗菌的銀系纖維。利用無機銀系抗菌母粒與丙綸纖維共混熔融紡絲，可得到抗菌率99%的銀系抗菌丙綸纖維，經(jīng)50次洗滌后，抗菌率仍能保持在90%左右。

2　銀系抗菌纖維的性能

2.1銀系抗菌纖維的緩釋性能

銀系抗菌纖維的抗菌成分主要是銀系抗菌劑，利用銀系抗菌劑釋放出的銀離子與細菌內(nèi)某些重要物質(zhì)相結合，阻礙細菌的機體的新陳代謝作用，或通過電荷作用破壞細菌機體結構，進而達到抗菌作用。銀離子的含量直接關系到銀系纖維的抗菌性能，因此，研究銀離子的緩釋性能至關重要。而銀離子的釋放與抗菌劑的種類、纖維原料、附著形式、釋放環(huán)境等因素相關。在研究制備條件對銀離子緩釋程度的影響時，Toty Onggar發(fā)現(xiàn)，銀離子釋放量隨氨基鏈長度、銀層厚度，以及還原時間的增加而降低；JingYu Liu的研究表明，銀離子的釋放于水中溶解氧、溶液溫度、溶液pH值等因素有關；林玲等制備的中空載銀纖維中銀離子的釋放除與溶液溫度、pH值有關外，還受基體材料、載銀量等因素有關。為了得到具體的影響程度，研究者也試圖從數(shù)學建模的角度去定量衡量。然而在查閱文獻時發(fā)現(xiàn)，緩釋機理及模型主要集中在藥物的緩控釋放領域[3]。

2.2銀系抗菌纖維的抗菌性能

銀系抗菌纖維的抗菌性能與抗菌劑種類、纖維原料、制備方法、測試方法等因素有關。而銀系纖維的抗菌成分是其釋放出來的銀離子。銀離子具有廣譜抗菌性能，其抗菌效果與銀離子的價態(tài)有關，高價態(tài)的銀離子具有較好的抗菌性能。

銀離子除了可以很好地抑制和殺死革蘭氏陽性菌(如金黃色葡萄球菌)、革蘭氏陰性菌(如大腸埃希菌)和霉菌等微生物，還可以與病毒有效結合。銀離子也可與單純性皰疹病毒、人類免疫缺陷類病毒發(fā)生作用，產(chǎn)生抗病毒作用。銀幾乎對所有微生物都有抑制和滅殺作用，即使是在溫暖潮濕的環(huán)境中，銀離子也有著較強的抗菌活性[7]。

2.3銀系抗菌纖維的安全性能

銀離子作為一種緩控釋放的抗菌材料被廣泛應用于醫(yī)學，還因為銀離子對人系細胞的毒性和對細菌的毒性相對低得多。在抗菌濃度閾值范圍內(nèi)，銀離子的細胞毒性很低。但是，也有研究表明：典型的納米銀或含銀化合物的抗菌材料，雖然可有效預防細菌感染，但在一定程度上推遲了傷口的愈合[8,9]。K．F．Soto等人[10,11]通過生物性試驗，研究了納米銀顆粒，包括了銀、NiO、TiO2、多層納米管對生物活性的影響。結果發(fā)現(xiàn)：在特殊的與呼吸有關的動物模型試驗中，銀對小鼠巨噬細胞有異常的毒性。人類的情況卻沒這么明顯，相當大劑量的銀喂入后，人類可能只是導致很多世紀以后的銀中毒現(xiàn)象而已。

S．Arora等人[12,13]用體外培養(yǎng)細胞的方法研究了7-20 nm銀球?qū)T-1080和A431細胞的相互作用。在低劑量納米銀球的處理后，細胞形態(tài)保持不變，而當劑量增加后，細胞形態(tài)出現(xiàn)了兩端細長、皺縮和圓形化的現(xiàn)象。研究發(fā)現(xiàn)，在抗菌濃度(1.56-6.25μg/ml)下，納米銀球?qū)w外培養(yǎng)的細胞室是安全的。

林玲等[14-16]以Vero、Hela 和WI-38三種傳代人系細胞株及一種從從小兒包皮提取的上皮細胞為試驗用人系細胞株測試載銀纖維的安全性能。研究表明：當試驗菌液中加入的載銀纖維含量在4mg/ml以內(nèi)時，載銀纖維對人系細胞株無傷害。當覆蓋于豚鼠皮膚或埋置皮下的載銀纖維含量低于0.03g時，對豚鼠的免疫系統(tǒng)、遺傳物質(zhì)和器官組織均不產(chǎn)生影響；但當埋植量多于0.03g時，會對人系細胞株和豚鼠機體帶來輕微的損傷。

熊玲等人[17]用體外細胞毒性試驗對納米銀粉末和微米銀粉末的細胞毒性進行研究。研究結果表明：銀離子濃度存在安全閾值(2.5-25μg /ml)，在安全閾值濃度范圍內(nèi)，納米銀顆粒具有輕微的細胞毒性；隨著銀離子濃度的增加，細胞形態(tài)發(fā)生變化，當濃度達到50μg /ml時，細胞大多呈現(xiàn)胞核固縮、變圓漂浮等明顯毒性。

盡管人們對銀離子的安全性能進行了探索及研究，鑒于實驗條件的差異、纖維種類的繁多，使用環(huán)境的區(qū)別，使得銀離子的安全閾值不同，所以關于銀離子的安全性仍需進一步深入的研究。

3　銀系抗菌纖維的應用

銀系抗菌纖維具有廣譜高效的抗菌性能，被廣泛用于制備抗菌紡織品[18]。其領域正在逐步擴大，主要應用在以下幾個方面：

3.1運動類

Odlo 公司采用載銀陶瓷顆粒作為抗菌劑的Termic 載銀纖維，生產(chǎn)出具有永久抗菌性能的運動服；日本東麗公司成功開發(fā)出具有永久抗菌性能的X-Static纖維，美國 MALDEN MILLS 公司用其制備吸濕快干抗靜電類的新式運動面料，Salomon 公司用其和其他纖維混紡制備具有抗菌除臭且透氣快干的競技襪子；Kanebo 公司利用載銀沸石開發(fā)出的錦綸類抗菌材料，被廣泛用于制作抗菌類的內(nèi)衣、襪子、運動裝和鞋墊。

3.2內(nèi)衣類

銀系抗菌纖維還被廣泛用于制作內(nèi)衣、內(nèi)褲、襪子等貼身衣物，深受廣大消費者的喜愛。Rhovyl 公司將碘化銀加入纖維中制備出載銀抗菌纖維，用其制備的內(nèi)衣具有永久抗菌性能；上海延博生產(chǎn)的白銀纖維，具有良好的導電、抗菌性能，用其制備的服裝面料、內(nèi)衣、襪子等具有持久的抗菌性能，可反復洗滌使用；Statex Noble Fiber 公司在錦綸66纖維表面進行銀涂層，可與其他纖維混紡制備服裝和內(nèi)衣具有抗神經(jīng)性皮炎的功能。

3.3醫(yī)療衛(wèi)生類

此外，銀系抗菌纖維被廣泛用于制備醫(yī)療衛(wèi)生用品，如抗菌手術服、護士服、醫(yī)用輔料、繃帶、抗菌口罩、創(chuàng)可貼、抗菌衛(wèi)生巾等。Foss公司制備的聚酯雙組分含銀無機沸石纖維 Foss Fiber 可用于生產(chǎn)可多次清洗的抗菌清潔布；張文鉦利用載銀硼硅酸鹽玻璃粉制備的銀系纖維，可用于制備抗菌衛(wèi)生巾、抗菌抹布等，其抗菌性能可達到95%。

4　結束語

目前銀系抗菌纖維及紡織品的開發(fā)應呈多樣化趨勢，銀系抗菌醫(yī)療衛(wèi)生用品需求量大，應著重解決銀離子的衛(wèi)生安全性能，進一步研究銀離子的釋放機理，此外，應加快開發(fā)抗菌性能持久穩(wěn)定的，價格低廉的多功能性銀系抗菌纖維。

[1]梁右宜，吳政．含銀纖維抗菌性能的研究[J]．北京服裝學院學報，2007，27(1)：19-24．

[2]張娜，吳政．含銀纖維抗菌的制備及其性能測定[D]．北京：北京服裝學院，2008，16-18．

[3]唐延甜，金青，孟娟．藥物控制釋放體系動力學研究進展[J]．安徽農(nóng)業(yè)科學，2011，39(16)：9662-9663，9665．

[4]張繼穩(wěn)，顧景凱．緩控釋制劑藥物釋放動力學[M]．北京：科學出版社，2009：27．

[5]傅杰，李世普．聚合物藥物控制釋放體系研究進展[J]．材料導報，1999，13(6)：52．

[6]林玲，王善元，龔文忠．中空載銀纖維的制備及其抗菌和安全性能的研究[D]．上海：東華大學，2010，28-37．

[7]劉梅城. 銀系纖維性能及應用[J]．棉紡織技術，2013(4)：62-65．

[8]Berger TJ，Spadaro JA，Chapin SE．Electrically generated silver ions：quantitative effects on bacterial and mammalian cells [J]．Antimicrob Agents Chemother, 1976，9(2)：357-365．

[9]鄧芙蓉，魏紅英，郭新彪．納米銀毒理性研究進展[J]．環(huán)境工程技術學報，2011，9(5)：420-425．

[10]Soto KF，Carraso A，Powell TG ．Biological effects of nanoparticulate materials[J]Materials Science and Engineering，2006，26(8)：1421-1427．

[11]Soto KF，Carraso A ，Powell TG ．Comparative in vitro cytotoxicity assessment of some manufactured nanoparticulate materials characterized by transmissionelectron microscopy[J]．Journal of Nanoparticle Research ，2005,7(2)：145-169．

[12]Arora S，Jain J，Rajwade J．M．，K．M．Paknikar．Cellular responses induced by silver nanoparticles：In vitro studies [J]．Toxicology Letters,2008,179(2)：93-100．

[13]Arora S，Jain J，Rajwade J．M，K．M． Paknikar．Interactions of silver nanoparticles with primary mouse fibroblasts and liver cells[J]． 2009，236(3)：310-318．

[14]林玲，龔文忠，王國華，等．銀纖維的抗菌性能研究[J]．上海紡織科技，2010，38(1)：42-43．

[15]林玲．載銀纖維的抗耐藥菌性能研究[J]．浙江紡織服裝職業(yè)技術學院學報，2013(1)：1-4．

[16]Lin L，Gong WZ，Wang SY． Hollow PET Fibers Containing Sliver Particles as Antibacterial Materials ．Journal of the Textile Institute，2011，102(5)：419-423．

[17]熊玲，蔣學華，陳亮，等．不同粒徑銀粒子的體外細胞毒性比較[J]．中國生物醫(yī)學工程學報，2007，26(4)：600-605．

[18]李會改，萬明，王梅珍，等．銀系抗菌纖維的研究現(xiàn)狀[J]．合成纖維，2014，43(7)：29-32．

1008-5580(2016)03-0203-03

2016-03-19

TS102

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作者：李會改(1988-)，女，碩士，研究方向：功能性紡織品的研究與開發(fā)。