PTBDM-q-Ag系复合抗菌剂的制备及其在织物抗菌整理中的应用研究

聚多巴胺复合抗菌材料的制备及性能研究聚多巴胺复合抗菌材料的制备及性能研究概述：抗菌材料是近年来备受关注的领域，以应对细菌感染和交叉感染等问题。

聚多巴胺作为一种具有多重功能的生物胶粘剂，其天然抗菌性使其成为合成抗菌材料的有效选择。

本文将介绍聚多巴胺复合抗菌材料的制备方法、材料性能以及其在生物医学领域的应用。

制备方法：聚多巴胺复合抗菌材料的制备方法主要包括溶液法、沉积法和化学修饰法。

其中，溶液法是最常用的制备方法之一。

通常情况下，多巴胺溶液与目标材料共同浸泡于含有活性物质的溶液中，并经过一系列的处理，形成复合抗菌材料。

此外，沉积法将多巴胺溶液喷洒在目标材料表面，并通过化学反应固定多巴胺，形成抗菌性功能化薄膜。

材料性能：聚多巴胺具有良好的黏附性、多功能性和抗菌性能。

其多酚结构使其具有优异的黏附性，能够在各种固体基质表面形成均匀稳定的涂层。

此外，多巴胺能够通过氧化反应生成硝基酚类化合物，进而与细菌表面的氨基反应形成黏附结构，实现抗菌目的。

更重要的是，聚多巴胺能与其他活性物质相互作用，通过化学修饰或共沉积的方式赋予材料更多的功能特性。

应用领域：聚多巴胺复合抗菌材料在生物医学领域具有广阔的应用前景。

在医疗器械上，该材料可用于制备防菌包裹、防菌涂层以及防菌纤维等，有效地降低了细菌感染的风险。

在组织工程方面，聚多巴胺复合抗菌材料可以作为材料载体应用于细胞培养、组织修复等领域，提高材料的生物相容性以及避免交叉感染。

此外，聚多巴胺复合抗菌材料还可以应用于食品包装、环境净化等领域，为人们的生活提供更加健康、安全的环境。

总结：聚多巴胺复合抗菌材料的制备方法简单、易于操作，并具有良好的抗菌性能和多功能特性。

该材料在生物医学领域具有广泛的应用前景，可以用于医疗器械、组织工程以及食品包装等领域。

然而，目前聚多巴胺复合抗菌材料在实际应用中还存在一些挑战，例如材料的长期稳定性、生物相容性以及制备工艺的优化等。

因此，未来的研究应该加强对聚多巴胺复合抗菌材料的性能优化和应用探索，以促进其在各个领域的广泛应用综上所述，聚多巴胺复合抗菌材料具有简单易操作、良好的抗菌性能和多功能特性的优势。

专利名称：一种无机-多种有机复合抗菌剂的制备方法和应用专利类型：发明专利
发明人：施燕琴,王旭,杨蝶霜,鲁淞彦,沈嘉琪,陈思,马猛,何荟文
申请号：CN201911165701.X
申请日：20191125
公开号：CN111410771A
公开日：
20200714
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及抗菌剂领域，尤其涉及一种无机‑多种有机复合抗菌剂的制备方法和应用。

所述制备方法包括：将醛类抗菌剂通过偶联剂接枝到无机抗菌剂上，得到无机‑单种有机复合抗菌剂，进一步将溴化酚类抗菌剂接枝到无机‑单种有机复合抗菌剂上，得到无机‑多种有机复合抗菌剂；所述无
机‑多种有机复合抗菌剂用于抗菌PP复合材料的制备。

本发明制备方法简洁高效，能够高效制备得到无机‑多种有机复合抗菌剂；所得无机‑多种有机复合抗菌剂在具备良好的常规抗菌性能同时，还具有良好的抗黑曲霉能力，抗菌作用对象更广，效果更优；所得无机‑多种有机复合抗菌剂具有良好的耐迁移性，制备和使用过程更加环保；在较低用量的情况下即可实现良好的抗菌效果。

申请人：浙江工业大学
地址：310014 浙江省杭州市下城区潮王路18号
国籍：CN
代理机构：杭州杭诚专利事务所有限公司
代理人：尉伟敏
更多信息请下载全文后查看。

有机硅季铵盐一纳米银复合织物抗菌整理剂的制备及应用研究摘要有机硅季铵盐类和银系抗菌剂是目前应用最普遍、效果最好的织物抗菌整理剂。

银具有极强的杀菌能力、杀菌耐久性良好、用量小，无毒、无刺激；而有机硅季铵盐不仅赋予织物优良抗菌性，同时还具备良好的吸水性、柔软性、平滑性及回弹性。

这两类抗菌整理剂各具特色，可以互为补充，克服目前纺织品抗菌卫生整理中存在的问题，在纺织行业有较大的应用潜力。

本文在详细分析国内外织物抗菌整理剂特别是有机硅季铵盐及银系抗菌剂的合成、分类、性能及应用等方面最新研究进展的基础上，针对目前国内使用的有机硅季铵盐类抗菌整理剂大多数从国外进口、成本较高，以及银易变色的现状，研制开发了一种新型的有机硅季铵盐ＡＳＱＡ和复合型抗菌整理剂Ａｇ—ＡＳＱＡ。

在１００℃用油酸甲酯对氨乙基氨丙基二甲氧基硅烷ｆＤＬ．６０２）进行酰胺化反应６ｈ后，再经硫酸二甲酯季铵化反应制备了一种新型的油酰胺乙基二甲基氨丙基硅烷季铵盐（ＡＳＱＡ），并对其结构进行了表征。

用质量分数为１．０％的ＡＳＱＡ溶液整理过的坯布，对大肠杆菌及金黄色葡萄球菌的抑菌率分别为９９．５５％和９９．８２％，且具有优良的抗菌耐洗性，洗涤３０次后抑菌率仍大于８０％。

通过化学还原法以过氧化氢为还原荆、在分散剂聚乙烯吡咯烷酮（ＰＶＰ）及自制多羧酸聚合物（ＰＭＡＡ）的保护下分别制备了６０～９０ｎｍ和９０～１５０ｎｍ的银粉；并通过Ｘ．射线衍射仪（ＸＲＤ）及透射电镜（ＴＥＭ）观察了银粉的结构及粒径分布；为了避免银变色．影响织物外观，将纳米银粉通过分散剂和粘合剂包覆在纺织纤维上，达到，抗菌持久的良好效果。

抑菌圈实验结果表明：用ＰＶＰ分散的银粉质量浓度为０．５ｇ·Ｌ－１时，对金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径为１３．１ｍｍ，对大肠杆菌的抑菌圈直径为１３．７ｍｍ。

将抑菌幽试验的培养皿放置６个ｌ月后抑菌环仍然清晰未受细菌感染，具有较好的抗菌耐久性。

为了克服单一抗菌剂的抗菌局限，本文采用无机一有机复配的方式，将有机硅季铵盐ＡＳＱＡ溶液与纳米银粉分散液复配，制备了抗菌整理液Ａｇ－ＡＳＱＡ。

《基于活性碘的功能高分子复合材料的设计合成及其抗菌应用研究》篇一一、引言随着现代科技的发展，抗菌材料在医疗、卫生、食品包装等领域的应用日益广泛。

活性碘因其高效、广谱的抗菌性能而备受关注。

然而，传统的碘类抗菌剂通常以单体形式存在，存在着易挥发、不持久等问题。

为了解决这些问题，本课题组设计并合成了一种基于活性碘的功能高分子复合材料（简称PIHCM），以期提高其抗菌效果及稳定性。

本文将详细介绍该复合材料的设计合成过程及其在抗菌应用方面的研究。

二、PIHCM的设计与合成1. 材料选择与原理本课题选择具有良好生物相容性、易改性且稳定性强的聚合物作为基体。

在基体中引入可与碘络合的活性基团，形成与碘的结合位点，提高碘的载药量及稳定性。

同时，通过引入其他功能性基团，如抗菌肽、银离子等，进一步提高复合材料的抗菌性能。

2. 合成方法采用溶液聚合法，将含有活性基团的单体与基体聚合物混合，加入碘及助剂，在一定温度下进行聚合反应。

通过控制反应条件，调节聚合物的分子量及功能基团的分布。

合成后的PIHCM需经过干燥、粉碎等后处理工艺，以获得所需形态和粒径的复合材料。

三、PIHCM的表征与性能测试1. 结构表征通过红外光谱、核磁共振等手段对PIHCM进行结构表征，验证其成功合成及结构特征。

2. 性能测试（1）载药量测试：通过测定复合材料中碘的含量，计算其载药量。

（2）稳定性测试：在模拟使用环境下，对PIHCM进行长时间放置，观察其颜色、形态变化及碘的释放情况，评估其稳定性。

（3）抗菌性能测试：采用琼脂扩散法、菌落计数法等方法对PIHCM的抗菌性能进行测试，并与传统碘类抗菌剂进行比较。

四、PIHCM的抗菌应用研究1. 医疗领域应用将PIHCM应用于医疗器械、手术用品等，通过实验验证其在实际使用环境中的抗菌效果及稳定性。

同时，对使用PIHCM 后的医疗器械进行生物相容性评价，确保其安全性。

2. 卫生与食品包装领域应用将PIHCM用于洗手液、湿巾等卫生用品以及食品包装材料中，观察其在实际使用过程中的抗菌效果及对环境的影响。

专利名称：一种纺织品复合抗菌剂及其制备方法专利类型：发明专利
发明人：林才生,陈兰,符友伟
申请号：CN201110228189.6
申请日：20110810
公开号：CN102392354A
公开日：
20120328
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种纺织品复合抗菌剂及其制备方法，由大豆提取液，两性离子型表面活性剂N-十二烷基-β-氨基丙酸钠，丙烯酸甲酯聚合物，非离子型表面活性剂吐温-80和3-(三硅羟基)丙基二甲基十八烷基氯化铵混合均匀得到的一种高度安全的，且具有强抗菌能力和广谱抗菌的纺织品复合抗菌剂。

申请人：福州圣德莉信息技术有限公司
地址：350002 福建省福州市工业路568号留学人员创业园2号楼5层
国籍：CN
代理机构：福州元创专利商标代理有限公司
代理人：蔡学俊
更多信息请下载全文后查看。

《基于活性碘的功能高分子复合材料的设计合成及其抗菌应用研究》篇一一、引言随着现代科技的发展，新型功能高分子复合材料在众多领域得到了广泛的应用。

其中，具有抗菌功能的复合材料因其独特的性能和广泛的应用前景，受到了广大科研工作者的关注。

本文以基于活性碘的功能高分子复合材料为研究对象，对其设计合成及其抗菌应用进行深入研究。

二、材料设计合成1. 材料选择本研究所选用的高分子材料具有良好的生物相容性和稳定性，同时能够与活性碘进行有效的结合。

通过对比不同高分子材料的性能，最终选择了聚乙烯吡咯烷酮（PVP）作为基体材料。

2. 活性碘的引入活性碘作为一种有效的抗菌剂，被引入到高分子材料中。

通过化学键合的方式，将活性碘与高分子材料进行有效结合，以提高其稳定性和抗菌性能。

3. 复合材料的制备将活性碘与PVP进行混合，通过熔融共混、冷却、粉碎等工艺步骤，制备出基于活性碘的功能高分子复合材料。

三、抗菌性能研究1. 抗菌实验方法采用菌落计数法，对复合材料的抗菌性能进行评估。

将大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等典型菌种接种于含有不同浓度活性碘的复合材料表面，观察菌落的生长情况，并记录其数量变化。

2. 抗菌结果分析实验结果表明，基于活性碘的功能高分子复合材料具有良好的抗菌性能。

随着活性碘浓度的增加，菌落数量逐渐减少，表明该复合材料对细菌具有显著的抑制作用。

此外，该复合材料对不同种类的细菌均表现出良好的抗菌效果，具有较广的抗菌谱。

四、应用研究1. 医疗领域应用基于活性碘的功能高分子复合材料在医疗领域具有广泛的应用前景。

例如，可以将其应用于医疗器械的表面涂层，以抑制细菌在器械表面的生长和繁殖，降低医疗感染的发生率。

此外，该复合材料还可用于制备抗菌敷料、药物载体等医疗产品。

2. 其他领域应用除了医疗领域外，该复合材料还可应用于食品包装、环境保护等领域。

例如，将其应用于食品包装材料中，可有效抑制细菌在包装材料表面的生长，延长食品的保质期。

在环境保护方面，该复合材料可用于处理含有有害细菌的废水、污泥等，提高环境治理效果。

专利名称：一种纳米纤维素复合抗菌材料及其制备方法与应用专利类型：发明专利
发明人：杜予民,高慧敏,庞知益,张俐娜,漆雕良仁
申请号：CN201811571822.X
申请日：20181221
公开号：CN109646703A
公开日：
20190419
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种纳米纤维素复合抗菌材料及其制备方法与应用，首先制备甲壳素季铵盐/有机累托石插层材料QCR，再将其与纳米纤维素CNFs泡沫进行复合。

该复合材料具有优异的透气性、吸水性、生物相容性及抗菌性等，用作医用敷料，可以促进伤口愈合，对于大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率为99.9％以上。

申请人：华山科技股份有限公司,武汉大学
地址：433436 湖北省潜江市熊口镇潜熊路23#
国籍：CN
代理机构：武汉科皓知识产权代理事务所(特殊普通合伙)
代理人：吴楚
更多信息请下载全文后查看。

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。