金银花纳米银的制备及抗菌性应用

2020-03-08王禹苏李雄伟乔嵩然

纺织报告 2020年12期

王禹苏，王瑜，李红，李雄伟，乔嵩然

（大连工业大学纺织与材料工程学院，辽宁大连 116034）

纳米银具有高效、广谱的抗菌性能[1]。运用物理化学方法制备纳米银是一种成熟的方法，但是这种方法在制备纳米银的过程中存在产生或使用有毒物质、原料成本高等问题[2]。利用植物提取物或微生物制备纳米银成为一种简单绿色的、替代物理化学法的有效方法[3]。尤其是利用环境友好型植物提取物进行纳米银的绿色合成，引起了人们极大的关注[4-5]。目前，已有很多大自然中的植物提取物被证明可以作为还原剂制备纳米银[6-7]。这种以植物提取物为还原剂的方法不但成本低，还减少了有毒化学品和溶剂的使用，绿色环保。

金银花的资源丰富，其中含有绿原酸、黄酮、糖苷等多种不同的多酚类物质，这些物质的分子结构中含有较多的羟基，因此具有较强的还原性。本研究以金银花提取物作为还原剂制备纳米银溶液，测试了所制备的纳米银的粒径大小，分析了纳米银负载后棉织物的结构以及抗菌性能。

1 实验

1.1 材料与仪器

材料：纯棉漂白平纹布（120 g/m2，市售），金银花提取物（棕色粉末状，绿原酸的质量分数为50%，粒度为80目，深圳思美泉生物科技有限责任公司），硝酸银、氯化钠（分析纯，天津科密欧化学试剂有限公司），牛肉膏、蛋白胨、琼脂粉（生物制剂，北京博星生物技术有限责任公司）。

仪器：紫外-可见分光光度计（UV-6000PC型，上海元析仪器有限公司），纳米粒度及Zeta电位分析仪（Nano-ZS型，武汉顿杰测量有限公司），DELONG LVEM5台式透射电镜（LVEM5型，美国FEI公司），扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM；Alpha300S型，香港微纳科技有限公司），HD-2001型电子能谱仪（Energy Dispersive Spectrum，EDS）。

1.2 实验方法

1.2.1 纳米银的制备

分别取47 mL的硝酸银溶液（0.5、1.0、1.5、2.0 mmol/L）放入4个锥形瓶中，再加入预先配置好的20 g/L的金银花提取液3 mL，然后将锥形瓶放入油浴锅中，于130 ℃下反应30 min，Ag+被还原成纳米银单质，得到棕红色的纳米银溶液。

1.2.2 纳米银溶液对棉织物的整理

将棉织物浸入稀释50倍后的纳米银溶液中（浴比1∶50），于50 ℃下浸渍整理1 h，取出后在60 ℃下烘1 h，然后用蒸馏水冲洗，于室温下自然晾干。

1.3 测试

1.3.1 紫外可见吸收光谱

将纳米银溶液稀释后倒入比色皿中，以去离子水为参照样，波长测量范围为300～700 nm，得到纳米银溶液的紫外可见光谱。

1.3.2 粒径

在25 ℃下，采用纳米粒度及Zeta电位分析仪测试纳米银的粒径及分布。

1.3.3 TEM

取稀释的纳米银溶液滴到400目的铜网上，烘干后，利用投射电子显微镜观察纳米银的形态和分散性。

1.3.4 SEM

对纳米银溶液整理前后的棉织物进行喷金处理，采用SEM观察其表面形态。

1.3.5 织物抗菌性能

选用应用最为广泛的菌种大肠杆菌和金黄色葡萄球菌作为测试菌种。结合标准GB/T 20944.3—2008《纺织品抗菌性能的评价第三部分振荡法》测量试样的抗菌效果。振荡接触18 h后，采用菌落计数法测定细菌数量。织物试样的抗菌性能以抑菌率表示：

式中，Y表示抑菌率（%），A表示未经纳米银处理的织物上的活菌数，B表示经纳米银处理的织物上的活菌数。

2 结果与讨论

2.1 紫外光谱分析

金属纳米粒子的紫外-可见特征吸收峰的出峰位置、强度以及特征峰的半峰宽度，与其粒径的大小、分布以及浓度有关。因此，可以通过测试其紫外特色谱图，分析所制备的银纳米粒子的特性[8-9]。图1、表1为不同硝酸银浓度下制备的纳米银溶液的紫外-可见分光光谱及数据。

图1 不同浓度下制备的纳米银的紫外-可见特征吸收峰谱

表1 不同硝酸银浓度下制备的纳米银紫外可见特征吸收峰

从图1和表1可以看出，不同的硝酸银浓度下所制备的纳米银溶液在416.0～427.5 nm的范围内均出现了特征吸收峰，说明4种硝酸银浓度下均成功还原得到了纳米银。而且，当硝酸银的浓度为1 mmol/L和1.5 mmol/L时，所制备的纳米银的平均粒径较小；从紫外-可见光谱的半峰宽看，当硝酸银的浓度为1 mmol/L时，所制备的纳米银溶液的半峰宽最窄，说明该条件下制备的纳米银溶液的粒径分布最集中。从纳米银溶液的吸光度看，当硝酸银的浓度为1 mmol/L时，所制备的纳米银溶液的吸光度值最大，说明该条件下还原得到的纳米银摩尔质量最多。因此，后面的实验均选择浓度为1 mmol/L的硝酸银制备纳米银溶液。

2.2 粒径分析

在硝酸银浓度为1 mmol/L的条件下制备纳米银溶液，测试了该溶液中所含纳米银颗粒的形状、粒径大小和分布，结果如图2所示。由图2可以看出，采用金银花提取物还原制备的纳米银的平均粒径在20 nm左右，颗粒大小分布窄且较均匀。因为金银花提取物的主要成分为绿原酸，分子结构中含有多个具有还原性的羟基，能够将硝酸银中的银粒子还原成银单质；同时，羟基中电负性高的氧能够有效络合固定溶液中的银离子并包覆在银的周围，阻止纳米银的团聚。

图2 金银花提取物还原制备的纳米银粒径

2.3 扫描电镜分析

将纳米银整理到织物上，分别对纳米银溶液整理前后的样品进行扫描电镜测试，结果如图3所示。

图3 纳米银溶液整理前后棉织物的SEM图

从图3可以清晰地看出，原棉在经过纳米银溶液整理前的表面分布大量的沟壑，外观凹凸不平、形态粗糙，原棉表面并没有负载颗粒状的物质。经纳米银溶液整理后，棉织物表面粗糙的外观并没有改变，但是负载了大量的颗粒状物质，而且分布较均匀。

2.4 抗菌性能分析

分别对金银花提取物还原制备的纳米银溶液整理前后的样品进行抗菌测试，结果如图4所示。从图4可以看出，纳米银溶液整理前棉织物原样的表面分布着大量的菌落，而经纳米银溶液整理后，棉织物表面的菌落数大大减少。

根据公式（1）计算可得，经过金银花提取物还原制备的纳米银溶液整理后的棉织物对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率分别为99.99%、99.97%，抗菌效果优异。参照GB 15979—2002标准，抗菌性能在99%以上的纺织品可称为医用纺织品。所以，能够得到如下结论：棉织物经金银花提取物还原制备的纳米银溶液整理后，对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌性均达到医用抗菌标准。