蛋白涂层氧化石墨烯纳米片

纳米粒径氧化石墨烯的制备及表面改性研究作者：衣梓硕辛俞翰孔蒙迪陈春梅何铁石来源：《现代信息科技》2020年第15期摘要：以鳞片石墨为原料，采用球磨法制备纳米级石墨烯。

然后控制氧化过程得到具有一定厚度、粒径和表面氧化程度的纳米尺寸氧化石墨烯。

利用表面改性剂对氧化石墨烯进行表面改性，考察其在有机溶剂中的相容性和稳定性。

通过扫描电子显微镜、激光粒度分析和沉降实验对比分析等，对其形貌结构、物理化学性能和溶液稳定性进行测试表征，结果显示，通过球磨法、控制氧化程度和表面改性过程，可得到在有机溶剂中稳定存在的纳米粒径氧化石墨烯。

关键词：氧化石墨烯;表面改性;球磨纳米化;氧化程度;分散稳定性中图分类号：TQ423.2 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）15-0055-03Abstract：Nano-sized graphite powder was prepared by ball milling with flake graphite as raw material. Then，the nano-sized graphene oxide with certain thickness，particle size and surface oxidation degree was obtained by controlling the oxidation process. Graphene oxide was modified by surface modifier，and its compatibility and stability in organic solvents were investigated. The morphology，physicochemical properties and solution stability of graphene oxide were characterized by scanning electron microscopy，laser particle size analysis and sedimentation experiments. The results showed that nano-sized graphene oxide stably existed in organic solvents could be obtained by ball milling，controlling oxidation degree and surface modification process.Keywords：graphene oxide;surface modified;ball milling nanocrystallization;oxidation degree;dispersion stability0 引言为了提高电化学电容器的能量密度和石墨烯的使用价值，相关研究人员进行了许多尝试[1，2]，具有二维石墨纳米片、大比表面积和高电管道的还原氧化石墨烯（RGO）作为超级电容器的高能密度电极活化材料，其介电常数具有潜在的应用价值[3]。

氧化⽯墨烯性质及其应⽤前景（⼀）概述氧化⽯墨烯是⼀种层状的⽯墨氧化物,可以通过超声波处理或机械搅拌将⽯墨氧化成层状得到⽯墨烯基材料丰富的功能性来源于其晶格结构和表⾯富含的各种含氧基团,表⾯官能团提供了丰富并且有效的活性点位此外,氧化⽯墨烯拥有可调节的电⼦属性通常情况下,由于⼤量的sp3杂化碳原⼦与含氧基团结合在⼀起产⽣绝缘层,这使得单⽚电阻可以达到1012Ωsq-1或者更⾼然⽽在还原反应后,还原氧化⽯墨烯的单⽚电阻可以降低数个数量级,使得原有材料转换成半导体,甚⾄变成类似⽯墨烯的半导体材料除此之外,氧化⽯墨烯还表现了出⾊的光学和机械性能,在各个领域⼴泛应⽤通过改变氧化⽯墨烯薄膜厚度和氧化⽯墨烯的还原程度来调节它的光透射率⼀般来说,悬浮在⽔中的氧化⽯墨烯薄膜由于浓度不同呈现为暗棕⾊到亮黄⾊的状态,⽽还原氧化⽯墨烯薄膜(厚度⼩于30nm)是半透明的氧化⽯墨烯的光学吸收主要由π-π转换控制,它通常会在225—275nm(4.5-5.5eV)之间产⽣吸收峰值在还原过程中,当吸收峰向27Onm移动时,π电⼦密度和结构顺序的增加,导致其光吸收强度增加通常,氧化⽯墨烯的机械性能由氧化的程度和厚度等细节决定尽管氧化⽯墨烯的特性丰富,但在实际应⽤中仍然存在⼀些不⾜之处结构缺陷分散性差和多层厚度会影响其电⽓性能和⽐表⾯积⼤⼩常⽤氧化⽯墨烯的绝缘特性也限制了它在电⼦设备和能量存储中的应⽤但是,氧化⽯墨烯本⾝表⾯上含氧官能团可以通过对其进⾏化学修饰或功能优化来⼤幅度增加它的结构和化学多样性因此,在能量存储转换和环境保护的应⽤领域中,氧化⽯墨烯及其复合材料具有⼀很⼤的潜⼒（⼆）能量转换与储存1、光解⽔产氢在未来,氢能源被认为是⼀种清洁的可再⽣能源氢⽓的⽣产和储存对于氢⽓的利⽤⾄关重要在可见光照射下的半导体光催化剂进⾏⽔分解是⼀种具有潜⼒的获取氢能源的⽅式在实际应⽤中,这种技术具有⽆法利⽤可见光,能量补偿不合理,和反应接触⾯积⼩等缺点由于优越的电⼦移动性,⾼⽐表⾯积,可调节的电⼦能带结构,氧化⽯墨烯基复合材料已经被开发成为了光解⽔的⾼效催化剂研究表明,在汞光照射下,即使没有Pt催化剂,氧化⽯墨烯在2.4—4.3eV能带下仍然具有光解产氢的催化活性由于氧化⽯墨烯⽚状材料拥有更⾼的氧化能⼒,较⼤的能带和对于光吸收的限制,氧化⽯墨烯更有利于帮助达到光分解⽔产氢的⽬的2、储氢⽬前,氢能源储存⽅式可以分为化学储存和物理储存化学存储的氢化物虽然通常具有较⾼的氢含量,但其氢释放性能不理想物理存储由于受到H2分⼦弱吸附性能的影响,导致存储能⼒普遍较低,并且物理存储要求其存储设备条件较⾼,在满⾜较⼤的表⾯积同时重量要轻物理储氢在原⼆维⽯墨烯纳⽶薄⽚上,H2分⼦的弱吸附能(只有1.2kJmol)通常会导致⾮常低的储氢能⼒(<2wt%)然⽽在⼤⽓压⼒下,层状氧化⽯墨烯材料可以⾼达4wt%的⾼储氢能⼒,并且可以通过调整层间距和孔隙⼤⼩来提⾼储氢容量氧化⽯墨烯表⾯官能团与其他活性物种进⼀步合成可以提⾼H2的结合能,在克服⾦属聚集的缺点下,掺杂⾦属(特别是过渡⾦属)对氧化⽯墨烯进⾏改性是提⾼H2结合能和储存能⼒的⼀种有效⽅法氧化⽯墨烯基的复合材料特别是3D柱状多孔材料表现出了良好的氢⽓储存性能和能源应⽤潜⼒化学储氢⽔合物储氢的⽅式的主要缺点在于氢能释放时的温度过低由于氧化⽯墨烯的⾼⽐表⾯积和较强的化学稳定性,可以作为载体来分散和稳定⾦属纳⽶颗粒⽤于催化和分离H2分⼦由氧化⽯墨烯作载体的贵⾦属催化剂如Pt-CeO2/GO具有稳定活性中⼼的协同效应并且增加了催化剂的催化活性3、锂电池为满⾜⽇益增长的便携式电⼦产品和电动汽车的需求,锂电池为未来的能源储存和利⽤提供了⼀种新的⽅式氧化⽯墨烯表⾯的官能团可以作为化学改性优化的活性位点,从⽽使不同的活性物种形成并提供多元电极材料结构作为普遍使⽤可充电电池,传统电极材料的锂离⼦电池具有理论容量限制的缺点,⽽氧化⽯墨烯基复合材料⽆论作为阳极和阴极材料都表现出了优越的电化学性能在纯氧化物或硫氧化物的情况下,将还原氧化⽯墨烯加⼊⾦属氧化物或硫醚可以显著提⾼电池的性能氧化⽯墨烯可以作为保护涂层,在锂电池使⽤中抑制铝电流收集器的腐蚀（三）环境保护1、处理有害⽓体⼯业释放的温室⽓体和有毒⽓体是对环境的最⼤威胁之⼀原则上,去除空⽓污染物可分为三种途径: (1)减少⽓体排放,(2)⽓体收集和储存,(3)最终利⽤氧化⽯墨烯表⾯的含氧官能团使其能够与各种分⼦进⾏共价和⾮共价的相互作⽤在⼯业加⼯过程中,氧化⽯墨烯独特的电⼦结构也为处理有害⽓体提供了有效的催化剂因此,氧化⽯墨烯基复合材料是⽤于处理COCO2NH3和氮氧化物等有害⽓体的潜⼒材料吸附⼆氧化碳薄层氧化⽯墨烯在⽔分⼦环境下具有良好的吸附性能分⼦动⼒学模拟表明,氧化⽯墨烯的官能团能够增强对⼆氧化碳的吸附能⼒⽔的存在有助于保持⼆氧化碳和氧化⽯墨烯结构的整合状态,并通过⼆氧化碳和附在氧化⽯墨烯表⾯上的含氧基团之间的排斥⼒作⽤来影响⼆氧化碳的迁移程度除氨除温室⽓体外,氧化⽯墨烯基复合材料具有良好的氨吸附能⼒在氧化⽯墨烯中加⼊含氧基团和活性物质,如磺酸基聚氧化合物氧化锰等在⽔环境下可以提升其氨的吸附能⼒此外,第⼀性原理计算表明,不同的活性位点能有效地促进氨和氧化⽯墨烯之间的电荷转移去除其他有害⽓体其他有害⽓体如甲醛丙酮硫化氢⼆氧化硫⼀氧化碳氮氧化物,也可以通过氧化⽯墨烯基复合材料有效地去除第⼀性原理计算结果表明,羟基和羰基基团以及附近的碳原⼦与氮氧化物的分⼦种类可以产⽣强烈的相互作⽤从⽽进⾏化学吸附化学催化转化除收集有害⽓体外,氧化⽯墨烯复合材料也可应⽤于空⽓污染物转化为⼀些有⽤的能源资源⽅⾯四丁基溴化铵作为助催剂可以将⼆氧化碳转化为环氧丙烷,⽽氧化⽯墨烯-四丁基溴化铵复合材料催化剂在相对温和的条件下可以产⽣96%的碳酸丙烯酯。

《乳酸菌胞外多糖-氧化石墨烯纳米佐剂的构建及免疫效果研究》篇一一、引言随着生物技术的不断进步，纳米技术在医药领域的应用日益广泛。

其中，乳酸菌胞外多糖（EPS）和氧化石墨烯（GO）因其独特的物理化学性质和生物相容性，在药物传递、生物成像和免疫调节等方面展现出巨大的应用潜力。

本研究旨在构建乳酸菌胞外多糖-氧化石墨烯（EPS-GO）纳米佐剂，并对其免疫效果进行深入研究。

二、材料与方法1. 材料（1）乳酸菌胞外多糖（EPS）（2）氧化石墨烯（GO）（3）相关化学试剂及实验动物2. 方法（1）EPS-GO纳米佐剂的构建利用共价键将EPS与GO进行交联，制备EPS-GO纳米材料。

采用透射电镜、扫描电镜等技术对所制得的纳米佐剂进行形态观察。

（2）纳米佐剂的生物相容性及毒性评价利用细胞毒性试验和体内动物实验评价EPS-GO纳米佐剂的生物相容性和毒性。

（3）免疫效果研究将EPS-GO纳米佐剂用于免疫系统相关实验，包括体内和体外免疫应答研究。

采用免疫组化、流式细胞术等技术，对EPS-GO纳米佐剂诱导的免疫反应进行深入研究。

三、结果与讨论1. EPS-GO纳米佐剂的构建与表征透射电镜和扫描电镜观察显示，成功构建了EPS-GO纳米佐剂，其形态规整，大小均一。

经过物理性质测试，证明了EPS与GO成功交联。

此外，通过对纳米材料的稳定性和溶解性进行分析，为后续研究提供了可靠依据。

2. 生物相容性与毒性评价通过细胞毒性试验和体内动物实验评价了EPS-GO纳米佐剂的生物相容性和毒性。

结果显示，该纳米材料在适当的剂量下具有良好的生物相容性，无明显的细胞毒性及体内毒性作用。

这为后续的免疫效果研究提供了安全保障。

3. 免疫效果研究（1）体内免疫应答研究：将EPS-GO纳米佐剂用于小鼠体内，观察其诱导的免疫反应。

结果显示，EPS-GO纳米佐剂可显著提高小鼠的免疫功能，增强体液免疫和细胞免疫应答。

此外，通过检测相关细胞因子和抗体水平，证实了EPS-GO纳米佐剂具有显著的免疫调节作用。

石墨烯纳米复合材料的制备与应用研究进展宋月丽;谈发堂;王维;乔学亮;陈建国【摘要】石墨烯是近年被发现和合成的一种新型二维碳质纳米材料.由于其独特的结构和新奇的物化性能,在改善复合材料的热性能、力学性能和电性能等方面具有很大的潜力,已成为纳米复合材料研究的热点.综述了石墨烯纳米复合材料的制备与应用研究进展,并对石墨烯纳米复合材料的发展前景进行了展望.%Graphene is a new type of two-dimensional carbon nanomaterial, which has been discovered and synthesized in recent years. Graphene has great potential in terms of improving the thermal,mechanical and e-lectrical properties of its composites,which is also a new hot research area of nanocomposites,due to its unique structure and novel physical and chemical properties. In this article,advances in preparation and application of graphene nanocomposites were reviewed and future development of graphene nanocomposites was also proposed.【期刊名称】《化学与生物工程》【年(卷),期】2012(029)009【总页数】5页(P6-10)【关键词】石墨烯;纳米复合材料;制备;应用【作者】宋月丽;谈发堂;王维;乔学亮;陈建国【作者单位】华中科技大学材料科学与工程学院材料成形与模具技术国家重点实验室,湖北武汉430074;平顶山学院电气信息工程学院,河南平顶山467000;华中科技大学材料科学与工程学院材料成形与模具技术国家重点实验室,湖北武汉430074;华中科技大学材料科学与工程学院材料成形与模具技术国家重点实验室,湖北武汉430074;华中科技大学材料科学与工程学院材料成形与模具技术国家重点实验室,湖北武汉430074;华中科技大学材料科学与工程学院材料成形与模具技术国家重点实验室,湖北武汉430074【正文语种】中文【中图分类】O613.71;TB33石墨烯(Graphene)是碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的碳质材料，是构成其它碳同素异形体的基本单元。

氧化石墨烯在生物医用材料中的应用研究宁夏晶体新能源材料有限公司摘要：氧化石墨烯是石墨烯与含氧的活性基团合成的化合物。

石墨烯除具有优异的物理、化学性能外，还可以提供大面积，促进干细胞增殖和成骨分离，具有独特性、生物相容性和抗菌特性。

文章全面概述其在生物医学中的应用，介绍氧化石墨烯的结构和性质，研究氧化石墨烯的细胞毒性和生物相容性等相关问题，并展望其在生物体中的应用前景，希望为相关工作者提供一些参考。

关键词：氧化石墨烯；胶原；细胞毒性生物相容性；创伤敷料引言石墨烯的发现使碳材料零维到三维结构得到完整，极大的推进了二维材料的发展。

石墨烯由于其良好的生物相容性、表面积大、光透明性好及机械强度高等独特的物理性质，使其具有广泛的应用前景。

而实际上石墨烯的疏水性以及不明朗的生物毒性阻碍了其在生物医学领域的应用。

为了解决这一问题，各种石墨烯衍生物如石墨烯薄片、氧化石墨烯（graphene oxide，GO）和还原氧化石墨烯（reduced graphene oxide，rGO）得到了广泛的关注研究。

由于疏水性和不能在溶液中形成稳定的均匀分散，石墨烯薄片远远不如GO和rGO具有优势。

GO和rGO均可以在水溶液中均匀分散形成稳定的悬浮液，而且易于操作性质稳定，受到了大量的关注。

1氧化石墨烯的生物相容性1.1氧化石墨烯（GO）细胞毒性的研究如果生物医学物质不用于临床环境，则应首先根据生物安全标准进行生物学测试，细胞毒性是一个重要的诊断指标。

因此，诊断程序之一对于评估物质的细胞毒性很重要。

在肺腺癌细胞（A549细胞）中研究了氧化石墨烯的体外毒性，并对其毒性进行了分析和评估，以确定A549细胞膜的形态、存活率、死亡率和完整性。

结果表明，少量氧化石墨烯（GO）实际上并没有进入细胞，没有明显的细胞毒性，具有良好的细胞亲和力。

GO导致细胞内氧化物的依赖性在高浓度下细胞功能轻微丧失。

分析结果总结，GO可被认为是细胞水平上最安全的东西。

2017年第36卷第6期 CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS·2215·化 工 进展胶原蛋白自组装生物功能材料的研究进展王瑞瑞1，2，王鸿儒1（1陕西科技大学轻工科学与工程学院，中国轻工业皮革清洁生产重点实验室，陕西 西安710021；2青海师范大学化学化工学院，青海 西宁 810008 ）摘要: 胶原蛋白在体外自组装形成高度有序的网状结构，有利于细胞的黏附、增殖、扩散和迁移，具有良好的生物相容性、优异的力学性能、可生物降解性和弱抗原性。

本文首先介绍和分析了胶原蛋白自组装功能材料的4种组装方法，即模板自组装法、原位自组装法、定向自组装法和诱导自组装法和分析的研究现状；比较了4种自组装方法的组装原理和组装特点；然后总结了胶原蛋白自组装生物功能材料作为组织替代材料，靶向给药材料，光、电、声特异传导功能材料在再生医学、基因治疗、药物设计、组织工程、医学影像等领域的应用现状和发展趋势；最后指出了胶原蛋白自组装生物功能材料今后的研究方向，表明胶原蛋白自组装生物功能材料在生物医学领域具有广阔的应用前景。

关键词：蛋白质；自组装；制备；功能材料；生物医学工程中图分类号：TQ93 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2017）06–2215–07 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2017.06.034Progress of research on collagen self-assembly biological functionalmaterialsWANG Ruirui 1，2，WANG Hongru 1（1 Key Laboratory of Leather Cleaner Production ，China National Light Industry ，College of Bioresources Chemical and Materials Engineering ，Shaanxi University of Science & Technology ，Xi’an 710021，Shaanxi ，China ；2College ofChemistry and Chemical Engineering ，Qinghai Normal University ，Xining 810008，Qinghai ，China ）Abstract ：Collagen self-assembled into highly ordered network structure in vitro ，which helps to cell adhesion ，proliferation ，spreading ，and migration. Collagen self-assembly biological functional materials have highly ordered structure characteristics ，excellent mechanical properties ，good biocompatibility ，biodegradability ，and low immunogenic idiosyncrasy. The assembly process of the four self-assembly technologies ，which are template self-assembly technology ，in situ self-assembly technology ，directed self-assembly technology and induced self-assembly technology ，is described. The status of research on those four self-assembly technologies is presented. The theory and characteristic of four self-assembly technologies is discussed. Then ，the application of collagen self-assembly biological function materials as tissue replacement material ，targeted drug delivery material ，functional material of specific conduction of light ，electricity ，sound ，is summarized. The development trend of collagen self-assembly biological function materials in regenerative medicine ，gene therapy ，drug design ，tissue engineering ，medical imaging ，etc ，is identified. Finally ，the direction of future development of collagen self-assembly biological function material is proposed. Results show that the collagen self-assembly biological functional materials have broad application prospects in biomedical field.Key words ：protein ；self-assembly ；preparation ；functional materials ；biomedical engineering*********************。

生物医学中氧化石墨烯的运用综述-化工论文-化学论文——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印——摘要：氧化石墨烯现已成为生物医学应用中最有前途的生物材料, 具有较高的载药能力, 在基因递送、生物成像、光动力治疗、免疫增强、抗菌作用上都已成为研究热点。

主要介绍氧化石墨烯在生物医学领域的应用研究进展。

关键词：氧化石墨烯; 载药; 生物成像; 免疫增强剂; 生物医学;Abstract：Graphene oxide has become the most promising biomaterial in biomedical applications.Due to its high drug loading capacity, it has been a research hotspot in gene delivery, bioimaging, photodynamic therapy, immune enhancement and antibacterial activity.In this review, the research progress of graphene oxide in biomedicine was mainly introduced.Keyword：graphene oxide; drug loading; bioimaging; immune enhancement; biomedicine;0 引言氧化石墨烯(graphene oxide, GO) 是迄今发现的最薄、最牢固的材料, 具有极高的电、热、光传导性, 在电子、生物医学等领域有着广泛的应用前景[1]。

石墨烯经氧化后, 其上含氧团增多而使性质较原来的石墨烯更加活泼, 可经由各种与含氧团的反应而改善本身性质[2]。

氧化石墨烯可视为一种非传统型态的软性材料, 具有聚合物、胶体、薄膜以及两性分子的特性。

氧化石墨烯长久以来被视为亲水性物质, 因为其在水中具有优越的分散性, 但是, 氧化石墨烯具有两亲性, 从石墨烯薄片边缘到中央呈现亲水至疏水的性质分布[3]。

转铁蛋白修饰的载阿霉素氧化石墨烯纳米粒抗胶质瘤实验研究刘国栋【摘要】：脑胶质瘤是中枢神经系统发生率最高的恶性肿瘤，目前国内外针对脑胶质瘤的治疗原则，强调在手术切除肿瘤的基础上，联合放疗和化疗。

因血脑屏障（blood brainbarrier，BBB）的存在，化疗效果欠佳。

近年来，随着材料科学的发展，将材料科学与医学有机结合的纳米医学逐渐成为研究的热点。

纳米氧化石墨烯（nanoscaledgr aphene oxide，nGO）具有良好的生物安全性，并能大量吸附含芳香环类药物，有望成为一种高效的药物载体。

文献报道胶质瘤细胞表面的转铁蛋白受体(transferrinreceptor, TfR)高表达，与转铁蛋白(trans ferrin,Tf)具有很强的亲和力。

本研究选用Tf作为靶向功能基，以聚乙二醇(polyethylene glycol, PEG)化的nGO作为药物载体，通过物理吸附作用，使不能透过BBB的小分子化疗药阿霉素（doxorubicine，Dox）物理吸附到氧化石墨烯(graphene oxide,GO)纳米粒的表面，构建了一种新型的具有胶质瘤靶向性的纳米载药系统，并通过体外、体内试验全面地考察其治疗脑胶质瘤的效果。

第一部分Tf-PEG-nGO-Dox的合成及检测目的：选用Tf作为靶向功能基，以富含芳香环结构的化疗药物Dox为目标药物，以PEG化的nGO作为Dox的药物载体，使Tf与nGO共价结合，再使Dox物理吸附到Tf-PEG-nGO的表面，构建一种新型的具有胶质瘤靶向性的纳米载药系统。

方法将氧化石墨进行机械剥离及纯化得到氧化石墨烯（GO），将GO反复超声振荡及14,000Da透析袋反复透析筛选得到nGO，将得到的nGO与六臂聚乙二醇共价合成得到PEG化的nGO（PEG-nGO），将Tf与PEG-nGO共价结合后，行透析除去未结合的Tf，得到Tf-PEG-nGO；将Dox加入到Tf-PEG-nGO的水溶液中，非共价吸附反应12小时后，反复透析，去除游离的Dox，得到Tf-PEG-nGO-Dox。

石墨烯的表面改性及其在涂层中的应用金永学;刘晓国【摘要】介绍了石墨烯及氧化石墨烯的制备方法以及共价改性(亲核开环、亲电加成和缩合)与非共价改性(π–π键和氢键相互作用)的途径.对石墨烯及氧化石墨烯应用于涂层(纯石墨烯涂层与石墨烯/有机树脂复合涂层)的近期研究进行了综述.%The synthesis method and approaches to covalent modification (including nucleophilic ring-opening, electrophilic addition and condensation reaction) and non-covalent modification (i.e. π–π interaction and hydrogen bonding) for graphene and graphene oxide were introduced. The recent research on application of graphene and graphene oxide in coatings, such as pure graphene coatings and graphene/organic resin composite coatings were reviewed.【期刊名称】《电镀与涂饰》【年(卷),期】2018(037)002【总页数】5页(P67-71)【关键词】石墨烯;氧化石墨烯;改性;涂层【作者】金永学;刘晓国【作者单位】广州大学化学化工学院,广东广州 510006;广州大学化学化工学院,广东广州 510006【正文语种】中文【中图分类】TQ638石墨烯是近些年兴起的具有优异性能的新型碳材料。

2004年，英国曼切斯特大学的物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺洛肖洛夫通过机械剥离的方法首次成功制备出了几个原子层厚度(包括单层)的石墨烯[1]。

第31卷㊀第3期2023年5月现代纺织技术Advanced Textile TechnologyVol.31,No.3May.2023DOI :10.19398∕j.att.202210015纺织品常用的抗菌整理剂的应用综述陆嘉渔1,蔡国强2,3,高宗春4,宋江晓1,张㊀艳1,3,戚栋明1,3(1.浙江理工大学先进纺织材料与制备技术教育部重点实验室,杭州㊀310018;2.纳爱斯浙江科技有限公司,杭州㊀310051;3.浙江省绿色清洁技术及洗涤用品重点实验室,浙江丽水㊀323000;4.浙江传化智联股份有限公司,杭州㊀311217)㊀㊀摘㊀要:近年来,由于新型冠状病毒㊁甲流等多种传染病频发,抑制和切断病菌的传播成为人们密切关注的焦点㊂纺织品在使用过程中能够为病菌的生长和繁殖提供有利环境,对人类健康产生极大的影响㊂提升纺织品的抗菌性能是切断或减缓病菌传播的重要手段,因此抗菌纺织品的研究和应用得到了广泛关注㊂对纺织品进行抗菌整理是开发抗菌纺织品的常用方法,本文总结了纺织品抗菌整理常用的无机抗菌剂㊁有机抗菌剂及天然抗菌剂等三类抗菌剂的抗菌作用机理㊁优缺点以及应用,并对每种抗菌材料的抗菌效果进行了评价㊂也介绍了纺织品抗菌整理常用的原纤维法和后整理法等两种方法,并总结了纺织品抗菌评价的主要测试手段㊂最后,本文对纺织品上抗菌整理剂的发展趋势进行展望㊂关键词:纺织品;抗菌整理剂;抗菌机理;抗菌整理;抗菌测试中图分类号:TS101.8㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀文章编号:1009-265X(2023)03-0251-12收稿日期:20221011㊀网络出版日期:20230106基金项目:浙江省重点研发计划项目(2022C01174);浙江省自然科学基金项目(LQ22E030007);浙江理工大学科研启动项目(2020YBZX24,20202291-Y)作者简介:陆嘉渔(1999 ),女,浙江湖州人,硕士研究生,主要从事功能纺织品开发方面的研究㊂通信作者:张艳,E-mail:zy52360@㊀㊀纺织品主要涉及服用㊁装饰和产业用三大类型,广泛应用于医疗㊁卫生㊁防护㊁交通㊁建筑等诸多领域㊂常用的纺织品一般是由天然纤维和合成纤维组成,天然纤维中的纤维素和蛋白质组分可以为微生物生长提供营养物质,且存在大量的非晶结构,具有良好的亲水性,利于微生物的滋生和扩散[1];合成纤维通常是通过聚合制备而成的聚合物,如锦纶,腈纶等,微生物可以通过降解这些聚合物转化为自己生存必需的营养物质,形成菌落㊂微生物生命活动代谢会产生酶,酶会导致纤维中的聚合物键的水解,从而引发纺织品的霉变㊁虫蛀㊁力学性能损伤等㊂纺织品的重复使用,使其成为致病微生物的载体和某些传染病的重要传播途径㊂近年来,由于各类传染病频发,人们对纺织品的抗菌需求急剧增加,对纺织品进行抗菌整理非常必要㊂抗菌剂对微生物的有效性㊁纺织加工的适用性㊁耐用性以及良好的安全性和环境特性都是需要考虑的因素[2]㊂纺织品上常用的抗菌整理剂根据其成分组成和抗菌原理,大致分为无机抗菌剂㊁有机抗菌剂和天然抗菌剂三类[3]㊂本文针对纺织品常用抗菌剂的类型㊁特点㊁作用机理㊁抗菌功能化整理方法以及抗菌测试方法进行了介绍,对抗菌材料的抗菌效果进行了评价,同时展望纺织品抗菌整理剂的未来发展方向㊂1㊀无机抗菌剂无机抗菌剂成分稳定,具有广谱抗菌性能,是现在市场上使用最多的抗菌剂,主要有金属纳米颗粒㊁金属氧化物纳米颗粒和碳纳米材料等㊂1.1㊀金属纳米颗粒目前,常见的用于抗菌的金属纳米颗粒有纳米金㊁纳米银㊁纳米铜等㊂这些金属纳米颗粒具有抗细菌㊁抗真菌㊁抗病毒㊁抗氧化和抗炎等生物活性特性[4],其较高的比表面积和表面能,可以增强与细菌之间的相互作用力,提高抗菌活性;然而,金属纳米颗粒存在稳定性差㊁易团聚㊁洗涤时浸出㊁纺织品附着力差㊁成本高㊁机械性能的边际降低及对人类和生态的未知毒性等问题,限制了金属纳米颗粒在抗菌领域的应用㊂1.1.1㊀纳米银在金属纳米颗粒中,银被认为是对抗细菌和其他微生物最有效的纳米颗粒㊂纳米银的抗菌机制尚未明确,目前文献报道的抗菌机理主要有3种:第一种认为,纳米银的抗菌行为发生在膜水平,纳米银能够穿透细菌外膜积累在内膜,其黏附使得细胞不稳定而产生损伤,使得微生物细胞膜的渗透性增加,内部营养物质渗出而死亡[2];与此同时,纳米银可以与细菌细胞壁中的含硫蛋白产生相互作用,这种相互作用可能导致细菌因细胞壁结构破裂而死亡[5]㊂第二种提出,由于纳米银具有一定的亲和力,可以与细胞中的含硫和磷基团相互作用,可以穿透细胞膜并且进入细胞内部,从而改变细胞内部的DNA㊁蛋白质结构和功能[6];同时纳米银可以通过和细胞中酶的巯基相互作用,在内膜中形成链活性氧(ROS)和自由基,从而改变细胞膜内的呼吸系统,激活凋亡机制[7]㊂第三种是认为两种机制一起发生,在作用过程中纳米银会释放银离子,正电荷会与细胞上的负电荷产生电荷作用相结合[8],从而改变微生物的细胞膜代谢途径甚至遗传物质[9]㊂有文献还报道,在光催化的作用下,银纳米粒子产生ROS等活性物质[10]㊂纳米银在纺织品抗菌上也有一定的应用㊂Zhang等[11]在蚕丝纤维表面原位均匀生长银纳米颗粒,通过抑菌圈测试发现其对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌具有优良的抗菌性能,并且通过洗涤50次后,对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率均超过97.43%和99.86%㊂Zhang等[12]将纳米银制成胶体,得到纳米银胶体溶液,并通过浸轧的方式将其整理在棉织物上,其抗菌率可以达到99.01%㊂1.1.2㊀纳米金纳米金的抗菌机理主要分为两个步骤:首先是使细胞膜破裂,抑制ATP酶活性用来降低ATP水平;第二是通过抑制核糖体亚基与tRNA的结合,来达到抗菌效果㊂细菌细胞壁的功能依赖于蛋白质和细胞质,而纳米金可以破坏细菌的蛋白质合成功能,导致细菌无法获得足够蛋白质而死亡㊂Zhang 等[13]将纳米金处理在丝织物上,结果发现功能化蚕丝织物经复合着色后的抗菌效果接近99.6%,且传统染料的加入并不妨碍纳米金的抗菌作用㊂1.1.3㊀纳米铜铜的抗菌作用主要以 接触杀死 机制为主㊂纳米级铜由于其增强的物理化学特点和独特的功能性质,对各种致病微生物表现出很强的杀菌性能[14]㊂Eremenko等[6]在棉织物表面浸渍双金属银-铜纳米颗粒,以评估其对多种细菌和真菌的抗菌性能,研究发现,经过双金属纳米颗粒处理过的织物对实验的大肠杆菌㊁金色葡萄球菌㊁白色念珠菌等都表现出较高的抗菌性能,其中对大肠杆菌的抑菌圈宽度可达24mm㊂1.2㊀金属氧化物氧化锌㊁二氧化钛㊁氧化铜㊁氧化铁等金属氧化物稳定性好,具有一定的抗菌活性,也常常被用于纺织品抗菌整理,其抗菌效果仅次于金属纳米颗粒[15]㊂金属氧化物的抗菌机理主要有3种:光催化产生活性氧抗菌作用㊁金属离子作用㊁细胞机械损伤㊂1.2.1㊀二氧化钛二氧化钛在自然界中存在金红石型㊁锐钛矿型和板钛矿型3种晶体结构,其中锐钛矿相是一种广泛应用于光降解的材料㊂锐钛矿型通过吸收紫外区域的光子,激发价电子,产生电子空穴对,并在二氧化钛纳米颗粒表面进行重组和吸收㊂被激发的电子和空穴具有较高的氧化还原活性,与水和氧反应产生ROS,如超氧阴离子(O2-)和羟基自由基(㊃OH)[16]㊂二氧化钛的抗菌机制目前研究尚未完全阐述,其抗菌机制主要认为是依赖于ROS的产生诱导细菌细胞膜破裂产生抗菌作用[16]㊂Raeisi等[17]使用壳聚糖∕二氧化钛纳米复合材料制备了超疏水棉织物,在超疏水涂层的情况下,织物的表面完全被纳米颗粒覆盖,形成了高度堆积的纳米级结构,壳聚糖和二氧化钛的组合对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有很高的抗菌性能,并且还向织物诱导了超疏水性,使其对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的细菌的抗菌率分别提高至99.8%和97.3%㊂1.2.2㊀氧化锌氧化锌在近紫外光谱中存在直接的带宽,在室温下具有较高的结合能[18]㊂纳米尺寸的氧化锌可以与细菌表面作用或其进入细胞内的细菌核心而产生相互作用,表现出显著的抗菌活性[19]㊂氧化锌的抗菌机制尚未完全阐明,仍然存在争议㊂目前文献中提出的抗菌机理是氧化锌受到光催化的作用,产生ROS与细菌细胞壁直接接触,破坏了细菌细胞完㊃252㊃现代纺织技术第31卷整性[18-20],同时释放抗菌离子Zn2+,并有活性氧的形成[21]㊂Ghasemi等[22]将纳米氧化锌和十八烷硫醇沉积在棉织物表面,在提高织物疏水性的同时,可以减少其对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌两种细菌的黏附㊂1.2.3㊀氧化镁氧化镁纳米颗粒有高的热稳定性㊁低热容㊁化学惰性和光学透明性等优良性能,是目前应用广泛的无机金属氧化物纳米颗粒之一[23]㊂研究发现氧化镁纳米颗粒对细菌㊁真菌和少数病毒有广谱活性[23],其抗菌机理是在光催化的作用,激发电子跃迁和产生空穴,生成活性氧以此来抗菌㊂Nguyen 等[24]研究发现,将MgO和CuO纳米颗粒通过3-氨丙基三乙氧基硅烷的增强固定在活性炭纤维上,纤维样品在处理24h后显示出对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌仍具有较高的抗菌活性(<90%)㊂1.3㊀碳纳米材料碳原子之间能够形成各种共价键(sp㊁sp2㊁sp3),产生具有不同物理和化学性质的晶体结构,主要包括金刚石㊁石墨㊁富勒烯和碳纳米管等[25]㊂碳基纳米材料的抗菌应用得到了研究人员的广泛关注,研究发现不同维度的碳纳米材料在其抗菌活性和作用机制上存在显著差异,同时其抗菌活性也受到其他因素的影响[26]㊂1.3.1㊀石墨烯石墨烯是一种由sp2杂化碳原子组成的单原子厚薄片,具有较高的比表面积㊁特殊的电子迁移率和优异的机械强度[27]㊂石墨烯材料抗菌活性的机制主要包括膜应激㊁氧化应激[28]和电子转移:a)膜应激:细菌膜与二维石墨烯纳米片之间存在较大的相互作用力,石墨烯纳米片可以对细菌膜造成物理损伤,同时可以切割并插入细胞膜并提取磷脂,导致细菌活力的损失[29];b)氧化应激:石墨烯产生的ROS 使细菌的脂质和蛋白质失活,细菌不能再增殖[30]㊂c)电子转移:石墨烯可以充当电子受体,并将电子从细菌膜上吸引走,破坏细胞膜的完整性㊂研究发现,将石墨烯及其氧化物与金属或金属氧化物纳米颗粒结合,不仅可以制备导电织物,还可以获得抗菌性能㊂Ghosh等[31]将氧化石墨烯-银纳米颗粒嵌入在棉织物中,导电的纳米复合涂层织物具有对大肠杆菌独有的抗菌活性,其抑制圈宽度可达到1cm㊂1.3.2㊀氧化石墨烯氧化石墨烯比石墨烯的亲水性更佳,具有良好的生物相容性[22]㊂当亲水性和分散性提高时,其与细菌接触的概率和相互作用的强度增强,从而提高抗菌活性㊂研究认为,氧化石墨烯纳米片极锋利的边缘可能对细菌膜造成物理损伤,引起细胞内基质泄漏,最终导致细菌失活[33-34];同时氧化石墨烯悬浮液会产生ROS等损伤细胞成分,如脂质㊁蛋白质; ROS被细胞内化后,会导致线粒体功能障碍和DNA损伤[35-36]㊂Zhao等[36]制备了氧化石墨烯∕壳聚糖复合材料,并将其用作压缩衣面料的抗菌剂,然后使用硅烷偶联剂对其进行改,得到了耐久性好㊁生物安全性高的抗菌整理织物,对大肠杆菌和革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌的抑菌率分别为92.09%和99.33%㊂与还原氧化石墨烯相比,氧化石墨烯能产生更多的ROS,从而具有较高的杀菌活性㊂此外,氧化石墨烯和还原氧化石墨烯的抗菌活性与时间和浓度有关[37]㊂Pan等[38]将纳米银在共还原过程中沉淀在还原氧化石墨烯(rGO)纳米片的表面上,然后使用分段静电纺丝方法将混合物静电纺成纤维膜, rGO-Ag的掺入提高了纤维膜的导电性,增加了溶液的电荷和拉伸力,并缩小了纤维的平均直径和尺寸分布,同时大大增强了混合纤维膜的抗菌活性,其对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌率分别达到了99.55%和99.46%㊂1.3.3㊀碳纳米管碳纳米管具有大的比表面积和多变可调的结构,同时其体积比微生物体积小得多,可以较容易地进入微生物体内,进而通过相互作用使细胞膜损伤,引发细胞质外流,从而产生抗菌作用[39]㊂碳纳米管的抗菌机理尚未得到明确解释,目前最为认可的机理是细胞膜损伤机理㊂Kang等[40]通过多项研究发现,当碳纳米管与微生物接触时,细胞会产生畸变,进而细胞膜损伤,细胞内物质外流细胞死亡,同时通过扫描电镜观察经碳纳米管处理的大肠杆菌细胞,进一步验证得到,细胞完整性破坏㊂Shi等[41]通过超声技术将碳纳米管原位生长至热塑性聚氨酯纳米纤维上,对大肠杆菌的抑菌率可达到91.5%㊂Jatoi 等[42]将载有银纳米颗粒的多壁碳纳米管沉积在醋酸纤维上,制备了一种纳米纤维复合材料,对其进行抗菌测试,结果发现对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌圈宽度分别达到了0.90mm和0.92mm㊂2㊀有机抗菌剂有机抗菌剂在市场占主体地位,主要是有机酸㊁有机醇㊁酚等物质,现在使用较广的有季铵盐类㊁卤胺类㊁三氯生㊁胍类等㊂㊃352㊃第3期陆嘉渔等:纺织品常用的抗菌整理剂的应用综述2.1㊀季铵盐类季铵盐具有制备简单㊁抗菌性能好和广谱抗菌等优点,广泛应用于医疗卫生领域㊂季铵盐的结构通式如图1所示,根据R基链长是否在C8―C18之间的个数分为单链季铵盐和双链季铵盐[43],其中双链季铵盐较单链季铵盐多一个N+,带有的正电荷密度更高,可以更多地吸附在细胞表面,经过渗透和扩散进入细胞膜,改变膜的通透性,导致胞内物质泄漏㊁内部酶发生钝化和蛋白质变性,从而使得菌体死亡[44],同时亲水基和疏水基可以进入细胞类脂层和蛋白层,使酶失活和蛋白质变性,从而杀灭细菌[8]㊂季铵盐类抗菌剂由于与纺织品之间没有直接的化学键结合,耐久性㊁耐水洗性差,洗涤或者长时间使用后对细菌的抑制作用下降明显[45]㊂针对上述问题, Gao等[46]合成了一种有机硅季铵盐的纳米复合材料,并将其处理在棉织物上,能够与棉纤维间形成化学键,处理后的棉织物抑菌率可达90%以上;洗涤10次后,对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率均保持在85%以上㊂Zhu等[47]合成了一种新型聚硅氧烷季铵盐,用作棉织物的抗菌和疏水整理,研究发现经过此种季铵盐整理后棉织物对革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌和革兰氏阴性菌大肠杆菌的抗菌率分别高达98.33%和99.52%㊂该研究表明季铵盐具有良好的抗菌作用,但增加其浓度以提高其抗菌性能的方法,也可能导致其对环境和人类细胞产生毒性㊂图1㊀季铵盐的结构通式Fig.1㊀Structural formula of quaternary ammonium compounds 2.2㊀卤胺类卤胺类具有稳定性好和广谱抗菌性强等[48]特点,被认为是最有效的抗菌药物,如对革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌㊁酵母㊁真菌和病毒等都有作用㊂现在使用最广泛的卤胺类抗菌剂是含N Cl 或者N Br类的物质,其抗菌主要是通过所释放卤素离子(如Cl-等)的强氧化性,快速有效杀死细菌㊂卤代胺最大的优点是可以通过人工氯化,实现循环灭菌功能其机理如图2所示㊂但是N-卤胺抗菌处理之后会增加织物上氯的负载量,导致异味的出现以及织物的黄变现象的发生[49]㊂Chen 等[50]将季铵化N-卤胺涂覆于纤维素纤维上,对纤维素纤维进行抗菌测试,实验结果发现该纤维在十分钟内对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑制率分别达到了83.44%和75.89%,都具有较高的抗菌活性㊂Zhu等[47]通过静电纺丝技术和两亲性N-卤胺结合,制备了一种新型抗菌纤维,研究人员将20mg∕mL的抗菌纤维加入到细菌悬液中,处理15min后,金黄色葡萄球菌的细菌减少率高达99%,大肠杆菌达95%㊂图2㊀卤胺抗菌剂循环抗菌机制Fig.2㊀Cyclic antibacterial mechanism of halomideantibacterial agent2.3㊀三氯生三氯生,其结构通式如图3所示,对原核细胞和真核细胞具有杀菌作用,几十年来已广泛用于个人卫生和消毒剂,三氯生的抗菌作用主要是通过次价键,如范德华力㊁氢键等与细胞结合,阻断脂质的形成,如磷脂㊁脂多糖和脂蛋白的合成,通过停止脂肪酸的生物合成来抑制细菌㊂此外,三氯生还具有抑制细菌烯酰基载体蛋白还原酶(ECR)的能力,而且会破坏真核生物的细胞膜,表现出潜在的抗菌效果和毒性[51]㊂Orhan等[52]将棉织物使用三氯生处理,研究发现三氯生对细菌具有良好的抗菌和杀生物活性,并且对金黄色葡萄球菌(抑菌率95.42%)也比大肠杆菌(91.21%)具有更高的效率,经过10次洗涤后,对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率分别下降至91.60%和87.91%,具有一定的耐水洗性㊂然而,有文献研究发现,三氯生的使用会增加人类患癌风险[53],因此不适合大规模使用㊂图3㊀三氯生结构式Fig.3㊀Structural formula of triclosan2.4㊀胍类胍类物质易溶于水㊁杀菌效果好㊁毒性小㊁使用方便是一类很好的杀菌物质㊂胍基来自于亚胺脲,㊃452㊃现代纺织技术第31卷其结构式如图4所示,图4中虚线框选部分为胍基㊂胍类容易接受质子形成稳定的阳离子[54],因此其抗菌机理与季铵盐相似,主要通过正负电荷静电引力,吸附在细胞上,从而破坏细胞膜,使细胞质外流,达到让有害微生物死亡的目的㊂Han 等[55]制备了一种具有持久的抗菌和抗粘着性能的胍基纳米水凝胶,用纳米水凝胶整理的棉织物疏水性增加,减少细菌黏附,同时抗菌面料机械洗涤50次后,金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率仍超过86%㊂Shentu 等[56]以戊二醛为偶联剂将聚五亚甲基胍盐接枝接枝到羽绒纤维上,通过化学键合在羽绒纤维上的接枝效率达到80%以上,改性后其对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑制率均达到99.9%以上㊂图4㊀亚胺脲和胍基结构式Fig.4㊀Structural formula of iminourea and guanidinium groups2.5㊀其他聚多巴胺(Polydopamine,PDA)具有制备工艺简单㊁光热传递效率高㊁生物相容性好㊁药物结合能力强㊁黏附性强等特点,广泛应用于生物医学领域,其结构式如图5所示㊂聚多巴胺的抗菌机理主要有两方面,首先是PDA 中含有大量的邻苯二酚,它可以通过酚类醌异构引起的电子转移产生ROS,从而使微生物细胞膜上的蛋白质变性,破坏细胞膜结构,导致细菌的死亡[57-58];其次是聚多巴胺有丰富的化学反应位点可以进行改性处理,与其他抗菌剂联用达到抗菌效果[59]㊂Li 等[60]通过聚多巴胺与环三磷腈水解缩合,在没有任何外部还原剂的情况下,还通过硝酸银与聚多巴胺上的儿茶酚进行原位反应,将银纳米粒子引入涂层,实验发现对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌表现出良好的抗菌活性(99.99%)㊂图5㊀聚多巴胺结构式Fig.5㊀Structural formula of polydopamine3㊀天然抗菌剂近年来,随着生态环境问题的出现,天然抗菌剂因其丰富的可利用性㊁生物相容性和生物降解性等特点[45],在纺织品抗菌整理上得到了越来越多的关注㊂3.1㊀壳聚糖壳聚糖(CS)是通过甲壳素去乙酰化作用,从甲壳类动物外骨架中提取出来的一种天然阳离子聚合物,具有生物相容性㊁无毒性和生物可降解的特点㊂壳聚糖上氨基的存在使其带正电荷,可以与细菌细胞膜(带负电)之间产生静电相互作用而结合,改变细胞膜通透性,进而使细胞内物质外流,导致细胞死亡[61-63]㊂Tang 等[64]通过活性蓝与预先经过双氧水水解的壳聚糖反应,制备了一种新的低分子量抗菌染料,其中壳聚糖染料的溶解度由壳聚糖的分子量控制,与活性蓝相比,该染料对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌均具有更强的抗菌性能,抑菌率大于99%㊂Yu 等[65]采用原位聚合法将壳聚糖∕聚苯胺(CTS∕PANI)一步法沉积在羊毛织物表面,制备的复合导电织物表现出高电导率㊁均匀的颜色以及良好的抗菌性能,对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌效果即使在洗涤10次后仍达99.99%以上㊂然而,壳聚糖的抑菌效率强烈地依赖于其浓度,只有在高浓度下才对细菌有效,这使得壳聚糖在织物表面的沉积和积累形成了厚层或薄膜,会降低了织物的透气性[66];此外,表面涂层壳聚糖后,织物变得比普通织物硬得多,上述缺点限制了壳聚糖在纺织品中的应用[67]㊂3.2㊀姜黄素姜黄是一种姜科草本植物,其主要活性成分姜黄素(Curcumin,Cur )具有直接的广谱抗菌活性[68]㊂姜黄素的结构如图6所示,有研究发现姜黄素的亲脂性结构可以直接插入到脂质体的双分子层中,从而增强了双分子层的通透性,同时姜黄素可以用抗氧化剂破坏革兰氏阳性和阴性细菌细胞膜的通透性和完整性,干扰细胞代谢,抑制细菌分裂,最终导致细菌细胞死亡[68];此外姜黄素在激光的照射下可以产生ROS,进一步起到抗菌的目的㊂Mahmud 等[69]通过静电纺丝工艺制备了负载不同浓度姜黄素的聚乙烯醇纳米纤维,实验采用了数菌落数的方法对该纤维的抗菌性能进行评价,金黄色葡萄球菌㊃552㊃第3期陆嘉渔等:纺织品常用的抗菌整理剂的应用综述和大肠杆菌的所有菌落均在6h 内被杀死㊂增加细菌细胞膜的通透性也是姜黄素与其他抗菌剂协同杀菌的关键机制㊂Wang 等[70]采用同轴静电纺丝技术制备负载姜黄素和银纳米粒子的核壳结构纳米纤维膜,Cur∕Ag 纤维膜对金黄色葡萄球菌抑菌率高达93.04%,与单负载姜黄素的纤维膜抑菌率45.65%和单负载AgNPs 的纤维膜抑菌率66.96%相比,Cur∕Ag 纤维膜的抑菌率显著提高,实验表明姜黄素和AgNPs 表现出明显的协同抑制作用㊂图6㊀姜黄素结构式Fig.6㊀Structural formula of curcumin3.3㊀大蒜素大蒜素是从大蒜中提取出来的一种含氧硫化物[71],不易溶于水且具有一定的挥发性[72]㊂大蒜素具有高反应活性㊁显著的抗氧化活性和高的膜通透性,使其能够快速穿透不同的细胞[73]㊂大蒜素的抗菌机制尚不明确,但已知大蒜在受到挤压或者切割时,蒜氨酸等会水解生成蒜素等硫代亚磺酸酯,酯水解成硫代亚磺酸盐可以与细菌中的半胱氨酸蛋白酶㊁乙醇脱氢酶和硫氧还蛋白还原酶等快速反应,而这些酶对维持微生物的新陈代谢和平衡很重要快速反应,从而影响细菌的正常生命活动,以此来达到抗菌效果[74-76]㊂Edikresnha 等[77]使用静电纺丝将大蒜素和甘油封装在聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和醋酸纤维素(CA)的复合纤维中,大蒜素包裹在纤维中并没有消除大蒜素的抗菌活性,培养24h 后该纤维对金黄色葡萄球菌每平方厘米减少0.4759的菌落数,对铜绿假单胞菌每平方厘米减少0.9316的菌落数㊂Hussian 等[78]通过静电纺丝制备了一种超细尼龙-6纳米纤维,后浸渍不同浓度的大蒜溶液,实验结果表明,大蒜溶液对该纤维抗菌活性起着至关重要的作用,浸渍在大蒜酸液中的纳米纤维垫具有良好的抑菌活性,对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌效果均在99%以上㊂3.4㊀植物多糖多糖可以从不同类型的植物㊁植物的不同部位中提取,植物多糖也常具有抗菌活性[79]㊂一些研究发现,植物多糖对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌均具有抗菌活性,由于革兰氏阴性菌的细胞壁比革兰氏阳性菌的更薄,因此对革兰氏阴性菌的抗菌活性更强[80]㊂植物多糖可以通过疏水作用㊁静电吸附或糖蛋白受体这几种方式与细胞膜相互作用,植物多糖被动地通过细胞质膜双分子层的脂质层扩散到细菌的胞质中去,导致细菌细胞内成分泄露和细菌酶系统的改变[81]㊂植物多糖吸附在细胞膜表面后,主要的抗菌机制是增加细胞膜的通透性,抑制致病菌对宿主细胞的吸附,或阻断营养物质或能量物质的跨膜转运[82]㊂Lin 等[83]对来自蒲公英的水溶性抗菌多糖(PD)进行化学修饰,以获得其羧甲基化衍生物(CPD),将PD 和CPD 掺入聚环氧乙烷(PEO)纳米纤维基质中以制造抗菌纳米纤维,进行抗菌测试,测试3h 时,该纤维对李斯特菌菌落数减少了2.77CFU∕mL㊂Liang 等[84]先将纤维素氧化使其带有羧基,然后与白桦脂醇进行酯化反应,表面改性的纤维素纺织纤维显示出显著改善的疏水性,同时,在革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌检测中,该材料表现出优异的抗菌性能,抑菌率可达99%㊂4㊀纺织品抗菌整理方法4.1㊀原纤维法原纤维法是指在纺丝过程中直接将抗菌剂添加到纺丝液中制成抗菌纤维,再通过织造成抗菌织物,主要分为混合纺丝和复合纺丝2种㊂混合纺丝是指将抗菌剂和成纤混合物混合后再熔融纺丝[85],通过该方法抗菌剂可以均匀地分布在纤维中,主要适用于无活性侧链基团的化纤如涤纶㊁丙纶;复合纺丝是指将抗菌剂与其他不同的纺丝流体进行不同比例的复合纺丝所制备的纤维,适用于天然纤维和化学纤维㊂虽然原纤维法抗菌效率高㊁耐久性好,但是制备难度大,对抗菌剂的选择较为严苛,适用于耐高温的抗菌剂如金属氧化物㊁金属纳米粒子等㊂4.2㊀后整理法后整理法是指在织物表面使用抗菌剂进行功能整理获得抗菌织物,主要有以下4种:第一种是表面涂层法,即将抗菌剂通过表面涂覆的方式获得抗菌织物;第二种是浸轧法,即将抗菌剂制成乳液状,通过浸轧㊁焙烘整理到织物上,此方法一般将整理剂溶于树脂或其他黏合剂中,使抗菌剂牢固吸附于织物㊃652㊃现代纺织技术第31卷。