芦荟纳米银处理对真丝织物抗菌性能的影响

周婷婷，黄小萃，林 红，陈宇岳

(苏州大学 纺织与服装工程学院，江苏 苏州 215021)

芦荟纳米银处理对真丝织物抗菌性能的影响

周婷婷，黄小萃，林 红，陈宇岳

(苏州大学 纺织与服装工程学院，江苏 苏州 215021)

采用生物还原法制备纳米银，利用自制的芦荟纳米银溶液对真丝织物进行功能性整理，研究了银氨浓度、浸渍温度和浸渍时间对真丝织物抗菌性能的影响。以整理织物的ICP和抑菌率为指标，通过单因素实验，确定芦荟纳米银溶液整理真丝织物的较优工艺条件为：银氨溶液浓度0.005 mol/L，浸渍温度40 ℃，浸渍时间60 min。整理后真丝织物的抗菌性能提高。

纳米银；芦荟；真丝织物；抗菌

真丝纤维及其制品是一种天然绿色生态纺织品，被誉为“人体第二皮肤”。但普通真丝制品存在着弹性小、易起皱、抗变形性差、易泛黄等缺陷，因此对真丝纤维进行功能化改性处理，克服天然真丝固有的缺陷，扬长避短，开发新型真丝纤维新材料，同时扩大其应用领域，成为广大丝绸研究人员现在乃至未来所关注的焦点。

将纳米材料应用到纺织品功能整理领域，开发多功能、高附加值的织物，将会在未来的纺织行业创造巨大的经济、社会效益[1]。纳米银是一种正在深入研究并迅速发展的新型纳米材料，在微电子、光学、催化、抗菌及医药医用等方面具有极大的应用价值[2]。

新兴的生物还原[3]合成纳米银的方法利用微生物的生物活性或细胞表面有机官能团的物理化学作用还原金属离子，克服了传统物理法制备成本高[3]及化学法制备造成环境污染[3]的缺陷，是解决生态友好及可靠性问题的一种较好的方法。已有文献报道用植物浸出液制备金属纳米材料：如利用樟脑树叶[4]、天竺葵[5]、银杏树叶和木兰[6]等的提取液作还原剂兼模板，还原制备金或银纳米粒子。

本研究以芦荟为原料，生物还原制备纳米银粒子，利用自制的芦荟纳米银溶液对真丝织物进行功能性整理，研究不同处理工艺条件对真丝织物抗菌性能的影响，确定芦荟纳米银溶液对真丝织物的较优整理工艺。

1 试 验

1.1 材料和仪器

材料：桑蚕丝电力纺(64 g/m2)，库拉索芦荟(市售)，AgNO3(分析纯)，氨水(分析纯)，磷酸盐缓冲液(PBS)，营养琼脂和营养肉汤培养基(上海中科昆虫生物技术开发有限公司)，大肠杆菌(E.coli)和金黄色葡萄球菌(S.aureus)(苏州大学生命科学学院)。

仪器：SHG262舜辉多功能食品粉碎机(宁波市舜辉电器有限公司)，SHZ-D(Ⅲ)型循环水真空泵(河南省予华仪器有限公司)，电子天平(Atartorius BS224S型，北京赛多利斯仪器系统有限公司)，电热鼓风干燥箱(南通宏大有限公司)，SHZ-82A型数显测速恒温摇床(苏州威尔实验用品有限公司)，HPPS 5001型激光粒度分布仪(英国马尔文公司)，TecnaiG220型透射电镜(美国FEI公司)，S-570型扫描电子显微镜(日本日立公司)，PLA-SPECI型等离子体发射光谱仪(美国Leeman公司)，D/MAX-3C型X射线衍射仪(日本理学公司)。

1.2 芦荟纳米银的制备及其对织物的改性处理

将芦荟叶片洗净，切块，用榨汁机榨成汁液后，煮沸5 min，冷却后过滤，滤液备用。将不同浓度的银氨溶液加入到芦荟液中，芦荟液和银氨溶液的体积比10∶1，常温下充分反应24 h，静置，制得待测的芦荟纳米银溶液。利用制得的芦荟纳米银溶液对真丝织物进行浸渍处理，浴比1∶50，取出水洗后，自然状态下晾干。

1.3 测试方法

1.3.1 纳米银的粒径测试

取5～10 mL制备的纳米银溶液于激光粒度仪HPPS的测试皿中于25 ℃下测试。

1.3.2 纳米银的TEM测试

取一定量纳米银溶液，滴加于铜网上，自然晾干后用透射电镜观察。

1.3.3 纳米银的XRD测试

将纯净芦荟液和反应后的芦荟纳米银溶液置于真空干燥箱内干燥后，研磨成粉末状，利用D/MAX-ⅢC型X衍射仪测试。

1.3.4 纤维表面形态测试

用扫描电子显微镜(SEM)放大一定倍数，观察纤维的纵向表面形态。

1.3.5 织物的银含量(ICP-AES)测试

将50 mg纳米银整理织物用10 mL浓硝酸(65 %)溶解，再用水稀释10倍。将得到的溶液用电感耦合等离子体原子发射光谱仪测量其在Ag波段(328 nm)上的值，在此基础上计算织物上银的含量。

1.3.6 织物的抑菌率测试

参照 FZ/T 73023－2006《抗菌针织品》中附录D，以振荡法测定织物的抗菌性能。所用菌种为大肠杆菌和金黄色葡萄球菌，试样的抗菌性能以抗菌率表示，按下式计算：

式中：A为未处理织物上的活菌数；B为处理织物上的活菌数。

2 结果与讨论

2.1 芦荟纳米银的制备原理及表征

2.1.1 芦荟纳米银的制备原理

芦荟在纳米银合成过程中起还原剂和稳定剂的作用，芦荟中的一些还原性多糖可以将银氨络离子还原为纳米银单质[7]，同时由线型β-(1，4)-D-甘露糖单基连接而成的多糖[8]中的羟基和芦荟中蒽醌类化合物如芦荟苷、芦荟大黄素等母核上的羟基，可以和银离子配位，从而吸附到生成的纳米银的表面[9]，使纳米银稳定以防止团聚，进而得到稳定的纳米银溶液。

2.1.2 纳米银的检测和表征

2.1.2.1 纳米银的粒径测试和TEM形貌分析

由图1a的粒径分布直方图可知，合成的纳米银粒径分布较窄，说明纳米银的粒径分布均匀。由图1b可知，制得的纳米银粒径很小，均匀性好，分散性较好。

图1 银氨浓度为0.01 mol/L时制备的纳米银粒径分布及其TEM图谱Fig.1 Histogram of size distribution and TEM images of nanosilver when the concentration of silver ammonia solution was 0.01 mol/L

2.1.2.2 芦荟液及纳米银溶液的XRD图谱

与图2a相比，图2b中出现4个明显的峰值(111)、(200)、(220)和(311)，峰位置与JCPDS卡上数据(JCPDS NO.4-0781)一致，因此可以断定，产物是单质银。

2.1.2.3 纤维的表面形态

对比图3a和图3b处理前后真丝纤维纵向微观形态的扫描电镜照片可看出，普通真丝纤维表面光滑、平整，附有很少量未脱去的丝胶，经纳米银整理后的丝纤维表面吸附有大量的纳米级银颗粒，分布较均匀。

图2 芦荟液及纳米银溶液的XRD图谱Fig.2 XRD images of aole solution and aloe nano-silver solution

图3 丝纤维的纵向表面SEM照片Fig.3 SEM photographs of the longitudinal surface of silk fi ber(×10 000)

2.2 芦荟纳米银处理真丝织物的工艺因素分析

2.2.1 银氨浓度对织物抗菌性能的影响

选取浸渍温度为60 ℃，浸渍时间60 min，分别选定银氨浓度为0.000 1，0.002 5，0.005，0.007，0.01，0.014 mol/L，浴比为1∶50，得到的整理样依次记为a、b、c、d、e和f，整理后真丝织物的银含量和抗菌性能分别见表1和表2。

表1 整理后真丝织物上的银含量(ICP-AES)Tab.1 Silver content of silk fabrics treated with aloe nano-silver

表2 整理后真丝织物抗菌性能Tab.2 Antibacterial rate of silk fabrics treated with aloe nano-silver

从表1和表2可以看出，随着银氨浓度的增加，整理织物的含银量也随之增加，整理织物的抗菌性能提高，且当银氨溶液的浓度为0.005 mol/L时，整理织物对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率就分别达到了99.60 %和99.49 %。故主要考虑银氨浓度对整理织物抗菌性能的影响和节约成本的因素，选择银氨浓度为0.005 mol/L对织物进行整理为宜。

2.2.2 浸渍温度对织物抗菌性能的影响

选取银氨浓度为0.01 mol/L，浸渍时间60 min，分别选定浸渍温度为常温，40，60，80，100 ℃，浴比为1∶50，得到的整理样依次记为a、b、c、d和e，整理后真丝织物的银含量和抗菌性能分别见表3和表4。

表3 整理后真丝织物上的银含量(ICP-AES)Tab.3 Silver content of silk fabrics treated with aloe nano-silve

从表3和表4可以看出，随着浸渍温度的提高，整理织物的含银量也随之增加，分析是因为温度升高有利于纤维的溶胀和纳米银粒子的吸附和扩散，到一定温度后，纤维对银粒子的吸附趋于饱和。当浸渍温度达40 ℃时，整理织物对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率分别达到了99.87 %和99.82 %，织物显示出非常优异的抗菌性能。同时考虑温度的升高会对纳米粒子的稳定性产生影响，故浸渍温度适宜选择在40 ℃。

表4 整理后真丝织物抗菌性能Tab.4 Antibacterial rate of silk fabrics treated with aloe nano-silver

2.2.3 浸渍时间对织物抗菌性能的影响

选取银氨浓度为0.01 mol/L，浸渍温度60 ℃，分别选定浸渍时间为5，30，60，90，120 min，浴比为1∶50，得到的整理样依次记为a、b、c、d和e，整理后真丝织物的银含量和抗菌性能分别见表5和表6。

表5 整理后真丝织物上的银含量(ICP-AES)Tab.5 Silver content of silk fabrics treated with aloe nano-silver

表6 整理后真丝织物抗菌性能Tab.6 Antibacterial rate of silk fabrics treated with aloe nano-silver

从表5和表6可以看出，随着浸渍时间的增加，整理织物的含银量也随之增加，分析是因为浸渍时间的延长有利于纤维的溶胀和纳米银粒子的吸附及扩散。当浸渍时间达60 min时，整理织物对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率就分别达到了99.97 %和99.86 %，织物显示出非常优异的抗菌性能，故浸渍时间选择在60 min为宜。

综上所述，确定芦荟纳米银溶液对真丝织物的较优整理工艺为：银氨溶液浓度0.005 mol/L，浸渍温度40 ℃，浸渍时间60 min。

3 结 论

1)利用芦荟提取液在常温下用简单、环保的方法制备了芦荟纳米银溶液，并用TEM、DLS、XRD和SEM对纳米银进行了检测表征。结果表明，制得的银粒子平均粒径最小可在10 nm以内，均匀性和分散性良好。

2)芦荟纳米银溶液对真丝织物的较优整理工艺条件为：银氨浓度0.005 mol/L，浸渍温度40 ℃，浸渍时间60 min。整理后真丝织物的抗菌性能提高。

[1]路艳华，王漓江，刘治梅，等.纳米材料在功能纺织品的应用及研究进展[J].辽东学院学报，2008，15(2)：61-65.

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Effects of aloe nano-silver on the antibacterial performances of silk fabrics

ZHOU Ting-ting, HUANG Xiao-cui, LIN Hong, CHEN Yu-yue
(College of Textile and Clothing Engineering, Soochow University, Suzhou 215021, China)

Nano-silver was synthesized via a biological method. The silk fabrics were treated with aloe nanosilver solutions. Factors of the concentration of silver ammonia solution, the dipping temperature and the dipping time were studied which affected the antibacterial performances of silk fabrics. The optimal processing parameter was investigated by means of one-factor experiments using ICP and the antibacterial rate as indexes.The optimal concentration of silver ammonia solution was 0.005 mol/L, the optimal dipping temperature was 40 ℃, and the optimal dipping time was 60 min. The treated silk fabrics had good antibacterial performances.

Nano-silver; Aloe; Silk fabrics; Antibacterial performances

TS195.644

A

1001-7003(2011)02-0001-04

2010-09-08

国家教育部博士点基金项目(200602850004)；江苏省高校重大基础研究项目(08KJA540001)

周婷婷(1988－ )，女，硕士研究生，研究方向为纺织材料开发。通讯作者：陈宇岳，教授,博导，chenyy@suda.edu.cn。