纳米银抗菌棉织物的制备

纳米银抗菌棉织物的制备

随着人们对纺织品卫生性能的要求逐渐提高，关于纺织品的研究越来越受到重视。其中,纳米银抗菌剂因安全、高效、持久、广谱、不易产生耐药性等优点在纺织品抗菌整理方面得到了广泛应用,然而目前纳米银抗菌纺织品的制备过程仍存在工艺复杂,成本较高,结合牢度差,不符合环保要求等缺点。纤维素是一种天然多羟基生物大分子,具有优良的金属离子吸附特性,Liu等通过再生纤维素原位还原FeCl3制备了Fe2O3纳米粒子,更显示了其具有还原金属离子的能力。因此,本研究原创性地以硝酸银为银前驱体,织物中的纤维素大分子为还原剂和分散剂制备纳米银抗菌纺织品。研究了反应时间对织物表面银负载量、织物颜色的影响,并进一步评价了纳米银抗菌棉织物的抗菌活性及耐洗涤性能和其细胞毒性。该方法工艺简单、成本低,且符合绿色环保要求,对抗菌纺织品的开发将起到很大的推动作用。1材料和方法1.1棉织物及血清硝酸银(AgNO3)、噻唑蓝(MTT)、二甲亚砜(DMSO)等购自杭州米克化工试剂有限公司,分析纯;棉织物(密度:183g/m2)为本公司产品;DMEM高糖干粉、胎牛血清、青/链霉素购自GIBICO公司;大肠杆菌E.coli(ATCC25922)、金黄葡萄球菌S.aureus(ATCC6538)、人骨瘤细胞MG63和小鼠成骨细胞MC3T3-E1均由浙江理工大学提供。1.2纳米银抗菌棉织物的制备棉织物在90℃热水中浸泡活化30min后,按浴比50∶1浸渍于10mM硝酸银溶液中,90℃下分别反应10min、30min和50min后取出,织物经洗涤、烘干,即得不同负载量的纳米银抗菌棉织物。1.3棉织物的色差值采用Lambda900紫外-可见分光光度计测定样品的紫外光吸收;采用SolarM6原子吸收光谱仪测试抗菌棉织物的银负载量。采用SF600X分光仪测试抗菌棉织物的色度坐标(CIEL*,a*,b*,D65光源,10°标准观察角度),按公式(1)计算其最终色差值(ΔE*):ΔE*=√(Δa*)2+(Δb*)2+(ΔL*)2(1)ΔE∗=(Δa∗)2+(Δb∗)2+(ΔL∗)2−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−√(1)式中:ΔE*—抗菌棉织物样品与未抗菌处理棉织物色差值;Δa*—抗菌棉织物样品与未抗菌处理棉织物红/绿色差值;Δb*—抗菌棉织物样品与未抗菌处理棉织物黄/蓝色差值;ΔL*—抗菌棉织物样品与未抗菌处理棉织物色彩明度差值。1.4抗菌性能测试以E.coli(ATCC25922)和S.aureus(ATCC6538)作为供试菌株。采用耐洗色牢度测试仪,参照ISO105-C06:2010《纺织品色牢度耐家庭洗涤和商业洗涤色牢度》对负载银棉织物进行洗涤;参照ASTME2149:2001《固着性抗菌剂抗菌活性的动态测试法》对未经洗涤和洗涤不同次数的样品进行抗菌及耐洗性测试。即将样品置于CFU105~106的菌悬液中,37℃振荡培养4~12h后,将悬液稀释一定倍数涂布琼脂培养板上,按公式(2)计算其抗菌效果。P(%)=[(C0-C)/C0]×100%(2)式中:P—细菌抑制百分率;C0—未抗菌处理棉织物共培养后的菌落数;C—抗菌棉织物共培养后的菌落数。1.5细胞毒性试验采用MTT法检测纳米银抗菌棉织物对人骨瘤细胞MG63和小鼠成骨细胞MC3T3-E1的细胞毒性。取1mLMG63和MC3T3-E1细胞悬液(1×105Cell/mL)接种于24孔细胞培养板中,37℃,5%CO2恒温培养箱中预培养24h,然后吸出原培养液再加入2mL新鲜培养液,同时加入灭菌后的0.02g未抗菌处理棉织物和纳米银抗菌棉织物分别作为对照组和实验组,每组3个平行样。37℃,5%CO2恒温培养箱中继续培养,每隔24h观察1次细胞形态。72h后终止培养,小心吸出培养液,每孔加入5mg/mLMTT液30μL和无血清培养基300μL,37℃培养箱中继续培养4h,小心吸出培养液,加入300μLDMSO,振荡3min,吸取200μL溶解液转入96孔板中,在680型酶标仪上测定其在570nm处的吸光值(OD570),按公式(3)计算细胞相对增殖率RGR:RGR(%)=(实验组ΟD570对照组ΟD570)×100%(3)转化为相应的细胞毒性等级,评价标准为:0级RGR≥100%;1级RGR75%~99%;2级RGR50%~74%;3级RGR25%~49%;4级RGR1%~24%;5级RGR≤0。2结果与讨论2.1纳米银织物表面的负载量采用紫外-可见吸收光谱验证织物表面所沉积颗粒。与未处理织物相比,置硝酸银溶液中反应不同时间的各试验样品在422nm处出现一吸收峰,证实了织物表面所沉积颗粒为纳米级银粒子。从图1可以看出,422nm处吸收峰的强度随反应时间的延长而增大,但这一趋势在反应时间增加至50min时消失,表明进一步延长反应时间,织物表面纳米银负载量不再有明显增加。进一步采用原子吸收光谱测试了织物表面银粒子的负载量。结果如图2所示,当织物浸入硝酸银溶液中反应10min时,织物表面银粒子负载量为0.6890mg/g,当反应时间延长至30min时,银负载量显著增加,达到1.2136mg/g,继续延长反应时间至50min,银负载量不再明显增加,仅为1.3561mg/g。这一结果与紫外-可见吸收光谱分析结果相一致。相应地,由于织物表面纳米银负载量的增加,载银棉织物颜色也由最初的白色逐渐变为浅黄色。为量化其色差变化,采用色度坐标定量检测了负载纳米银棉织物的色差值。与未反应棉织物相比,反应10min时,织物颜色发生了轻微变化,ΔE*为9.25。当反应时间分别延长至30min和50min时,颜色变化略趋于明显,ΔE*分别增加至17.21和18.32,但仍不影响其外观服用性能。2.2抗菌性能测定对反应30min,即纳米银负载量为1.2136mg/g的银负载棉织物进行了抗菌活性及抗菌耐洗涤性能测试,结果如图3所示。从图中可以看出,样品与供试菌株分别接触培养4、8、12h后,未经洗涤的抗菌棉织物对E.coli和S.aureus的抑菌率均高达99.99%,显示出卓越的抗菌活性。经10次洗涤后,其抗菌效果几乎没有变化;经20次洗涤,接触培养12h后,织物抗菌效果才略有下降,但仍大于94%,显示了棉织物良好的抗菌耐洗涤性能。而经30次洗涤后,尽管随着培养时间的延长抑菌百分率发生了显著下降,但经8h接触培养后,对E.coli和S.aureus仍可保持73%和63%的抑制率。此外,从图中还可以看出,在相同条件下,负载银棉织物对E.coli的抗菌效果略优于S.aureus,这可能是由于E.coli(G-)和S.aureus(G+)的细胞壁结构存在一定差异所导致的。而随着共培养时间的延长,织物抗菌能力也有所下降,这主要是由于在LB培养液接触培养环境下,纳米银粒子与死亡细菌残骸容易发生黏结包覆现象,导致系统中纳米银粒子数量逐渐减少,从而导致剩余细菌的生长,即抑菌百分率下降。2.3纳米银对mg33细胞生长作用纺织品抗菌整理剂的生物安全性是评价抗菌纺织品服用性能的重要因素,因此本研究采用MTT法检测了负载纳米银棉织物对人骨瘤细胞MG63和小鼠成骨细胞MC3T3-E1的细胞毒性。从图4可以看出,与对照组相似,各培养周期内,负载不同量纳米银织物周边的MC3T3-E1细胞均贴壁生长状况良好,未见细胞形态异常或凋亡等现象发生。说明其对MC3T3-E1细胞生长没有明显的抑制作用。MTT测试结果也显示(见表1),纳米银负载量为0.6890mg/g和1.2136mg/g的织物与细胞共培养后,RGR值均大于75%,细胞毒性评级为1级。而进一步增加纳米银负载量至1.3561mg/g时,RGR值下降至74.85%,略小于75%。相对于MC3T3-E1细胞,抗菌棉织物对于人骨瘤MG63细胞的毒性作用较为明显。由图5可知,经过24h培养后,与对照组相比,各实验组织物周围细胞均出现圆缩和浮起现象,而离织物较远的细胞则生长状况良好;经过48h后,各实验组中大量细胞出现圆缩和浮起现象,并且部分细胞开始溶解破裂;而经过72h培养后,各实验组织物周围细胞数目较24h和48h都大量减少,并且可以见到悬浮有许多的细胞碎片。说明其对MG63细胞生长具有明显的抑制作用。MTT测试结果也显示,除纳米银负载量为0.6890mg/g时细胞毒性评级为1级外,当负载量增至1.2136mg/g和1.3561mg/g时,RGR值分别降低为65.79%和63.19%(见表1),也表明其对MG63细胞的毒性作用较为明显。由此也说明,相对于MC3T3-E1小鼠成骨细胞(正常细胞)来说,MG63人骨瘤细胞(癌细胞)对纳米银抗菌棉织物更加敏感。这与已有研究证实的纳米银具有对肿瘤细胞的靶向作用结果相一致。3纳米银学生的抗菌能力本研究利用棉织物中纤维素大分子自身还原性和分散性原位还原银离子制备了纳米银抗菌棉织物,得到如下结果:1)得到纳米银负载量为0.6980~1.3561mg/g的棉织物;该棉织物色差随纳米银负载量增加而略有变大,但不影响其外观服用性。2)当纳米银负载量为1.2136mg/g时,棉织物具有良好的抗菌活性,其对E.coli和S.aureus的抑菌率均达到99.99%;