全自动生长曲线分析仪

Sunlight induced synthesis of silver nanoparticles on cellulose for the preparation of antimicrobial textiles

太阳光诱导纤维素负载银纳米粒子制备抗菌纺织品

来源：Journal of Photochemistry and Photobiology, Volume 11, 2022, Article 100134, doi:10.1016/j.jpap.2022.100134

《光化学与光生物学杂志》，第11卷，2022年，文章编号100134

摘要

针对传统银纳米粒子制备工艺存在污染、成本高的问题，本研究利用太阳光作为能量源，以硝酸银溶液浸泡棉纤维素织物，借助光活化作用使纤维素端醛基具备还原能力，无需化学还原剂即可原位生成银纳米粒子。实验结果显示，硝酸银溶液浓度为30 g/L时，织物载银量达到饱和，载银量为52.8 mg/dm；扫描电镜观测到银颗粒呈球形，粒径分布在100–600 nm且在织物上均匀分布。该复合纺织品对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌具备良好抗菌效果，经过多次水洗后抗菌性能仍可保留；细胞实验证实材料对成纤维细胞无毒性，生物相容性良好。该光合成方法绿色低成本，适用于抗菌纺织品规模化制备。

关键词

太阳光；光诱导合成；银纳米粒子；纤维素；抗菌纺织品；硝酸银；抗菌活性；生物相容性；水洗耐久性；扫描电镜

研究目的

开发无化学还原剂、绿色环保的太阳光诱导法，在纤维素织物上原位合成银纳米粒子；探究硝酸银浓度、光照时间对织物载银量与银转化率的影响；表征银纳米粒子形貌与分布；评价改性织物对致病菌的抗菌能力、水洗稳定性以及细胞生物相容性。

研究思路

首先对医用棉织物进行预处理去除杂质，配置不同浓度硝酸银溶液浸泡织物，利用自然太阳光开展光化学反应制备载银纺织品；采用电感耦合等离子体发射光谱测定织物载银量与银转化效率，借助扫描电镜、元素分析表征银粒子形貌、尺寸与分布；使用芬兰Bioscreen仪器监测致病菌生长曲线，评估不同载银织物的抗菌效果；按照标准方法进行加速水洗测试，验证抗菌耐久性；通过MTT细胞实验检测材料浸提液对人成纤维细胞的毒性，评价生物安全性；最后综合各项数据分析工艺可行性与应用价值。

研究亮点

1. 创新利用太阳光驱动反应，依靠纤维素自身醛基还原银离子，全程不添加化学还原剂，工艺绿色、成本低廉。

2. 明确硝酸银饱和使用浓度与最优光照时长，确定工艺关键参数，便于工业化落地。

3. 银纳米粒子在织物内外层均匀附着，结合牢固，多次水洗后仍保有显著抗菌活性。

4. 改性织物对典型革兰氏阳性、革兰氏阴性菌均有抑制作用，抗菌谱广。

5. 材料生物相容性优异，对哺乳动物成纤维细胞无明显毒性，可应用于医用纺织场景。

可延伸的方向

1. 探究不同光照强度、光照波段对银纳米粒子合成效率与粒径的影响。

2. 将该光合成工艺拓展至亚麻、涤纶等其他纺织基材。

3. 优化配方，实现银纳米粒子与其他抗菌成分复配，进一步提升抗菌、抗病毒性能。

4. 研究该工艺在不同环境温湿度下的稳定性，适配不同生产场景。

5. 开发兼具抗菌、防污、透气等多功能复合纺织品。

6. 开展动物体内实验，验证医用场景下的实际使用效果与长期安全性。

7. 探究该工艺大规模连续化生产的设备方案与工艺参数优化。

测量的数据及研究意义

1 不同硝酸银浓度下织物载银量、银转化率数据，数据来自表1。研究意义：确定30 g/L为硝酸银饱和浓度，超过该浓度载银量不再提升，明确最佳原料使用浓度。

2 不同光照时长下样品显色变化数据，数据来自图3。研究意义：判定光反应完成时间为10–12分钟，为生产工时提供依据。

3 银纳米粒子形貌、织物元素组成数据，数据来自图4、表2。研究意义：证实银颗粒为100–600 nm球形颗粒且分布均匀，明确材料元素占比。

4 菌株生长动力学、迟滞期参数数据，数据来自图5、表3。研究意义：证明硝酸银浓度越高，织物抗菌效果越强，金黄色葡萄球菌对银粒子敏感度更高。

5 成纤维细胞活性检测数据，数据来自图6。研究意义：证明载银织物浸提液对细胞无毒性，生物相容性合格。

6 不同水洗次数后的抗菌性能数据，数据来自图7。研究意义：验证织物水洗耐久性优异，多次洗涤后仍具备抗菌能力。

结论

1 太阳光可诱导纤维素端醛基还原银离子，无需化学还原剂就能在棉织物上原位合成银纳米粒子，该合成工艺绿色经济。

2 硝酸银溶液30 g/L为饱和浓度，继续提高浓度无法增加织物载银量，光照10–12分钟反应即可完全进行。

3 制备的载银纺织品对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌具有良好抗菌作用，抗菌效果随载银量提升而增强，金黄色葡萄球菌抑制效果更突出。

4 该抗菌织物水洗性能优良，经多次模拟家用洗涤后仍可维持有效抗菌能力。

5 材料生物安全性良好，不会对人成纤维细胞产生毒害，符合医用及日用纺织品的使用要求。

使用芬兰 Bioscreen仪器测量数据的研究意义

本研究使用**芬兰Bioscreen C微生物生长分析仪**开展细菌生长检测。第一，设备采用微孔板高通量检测模式，可同时批量检测多组不同载银织物对应的细菌样本，提升实验效率。第二，仪器每15分钟检测600 nm处吸光度，连续记录完整细菌生长曲线，能够精准区分迟滞期、对数期，定量评估抗菌强弱。第三，整套检测环境统一控温、保持稳定，消除人为操作误差，保证各组抗菌数据横向对比准确。第四，通过生长曲线与迟滞期时长变化，直观量化不同硝酸浓度制备样品的抗菌梯度差异，明确工艺参数与抗菌性能的关联。第五，该设备获取的生长数据是评价材料抗菌能力的核心依据，也为后续产品性能分级提供了标准化检测支撑。