CN112808026B - 一种纳米纤维薄膜及其制备方法与应用 - Google Patents

一种纳米纤维薄膜及其制备方法与应用 Download PDF

Info

Publication number
CN112808026B
CN112808026B CN202011520121.0A CN202011520121A CN112808026B CN 112808026 B CN112808026 B CN 112808026B CN 202011520121 A CN202011520121 A CN 202011520121A CN 112808026 B CN112808026 B CN 112808026B
Authority
CN
China
Prior art keywords
nanofiber membrane
nanofiber
ttvb
preparation
aie
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011520121.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112808026A (zh
Inventor
王东
李梦
温海飞
李昊轩
李莹
王雷
唐本忠
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen University
Original Assignee
Shenzhen University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen University filed Critical Shenzhen University
Priority to CN202011520121.0A priority Critical patent/CN112808026B/zh
Publication of CN112808026A publication Critical patent/CN112808026A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112808026B publication Critical patent/CN112808026B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06—Organic material
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01N—PRESERVATION OF BODIES OF HUMANS OR ANIMALS OR PLANTS OR PARTS THEREOF; BIOCIDES, e.g. AS DISINFECTANTS, AS PESTICIDES OR AS HERBICIDES; PEST REPELLANTS OR ATTRACTANTS; PLANT GROWTH REGULATORS
    • A01N37/00—Biocides, pest repellants or attractants, or plant growth regulators containing organic compounds containing a carbon atom having three bonds to hetero atoms with at the most two bonds to halogen, e.g. carboxylic acids
    • A01N37/44—Biocides, pest repellants or attractants, or plant growth regulators containing organic compounds containing a carbon atom having three bonds to hetero atoms with at the most two bonds to halogen, e.g. carboxylic acids containing at least one carboxylic group or a thio analogue, or a derivative thereof, and a nitrogen atom attached to the same carbon skeleton by a single or double bond, this nitrogen atom not being a member of a derivative or of a thio analogue of a carboxylic group, e.g. amino-carboxylic acids
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01N—PRESERVATION OF BODIES OF HUMANS OR ANIMALS OR PLANTS OR PARTS THEREOF; BIOCIDES, e.g. AS DISINFECTANTS, AS PESTICIDES OR AS HERBICIDES; PEST REPELLANTS OR ATTRACTANTS; PLANT GROWTH REGULATORS
    • A01N43/00—Biocides, pest repellants or attractants, or plant growth regulators containing heterocyclic compounds
    • A01N43/72—Biocides, pest repellants or attractants, or plant growth regulators containing heterocyclic compounds having rings with nitrogen atoms and oxygen or sulfur atoms as ring hetero atoms
    • A01N43/74—Biocides, pest repellants or attractants, or plant growth regulators containing heterocyclic compounds having rings with nitrogen atoms and oxygen or sulfur atoms as ring hetero atoms five-membered rings with one nitrogen atom and either one oxygen atom or one sulfur atom in positions 1,3
    • A01N43/78—1,3-Thiazoles; Hydrogenated 1,3-thiazoles
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01N—PRESERVATION OF BODIES OF HUMANS OR ANIMALS OR PLANTS OR PARTS THEREOF; BIOCIDES, e.g. AS DISINFECTANTS, AS PESTICIDES OR AS HERBICIDES; PEST REPELLANTS OR ATTRACTANTS; PLANT GROWTH REGULATORS
    • A01N43/00—Biocides, pest repellants or attractants, or plant growth regulators containing heterocyclic compounds
    • A01N43/72—Biocides, pest repellants or attractants, or plant growth regulators containing heterocyclic compounds having rings with nitrogen atoms and oxygen or sulfur atoms as ring hetero atoms
    • A01N43/82—Biocides, pest repellants or attractants, or plant growth regulators containing heterocyclic compounds having rings with nitrogen atoms and oxygen or sulfur atoms as ring hetero atoms five-membered rings with three ring hetero atoms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D67/00—Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
    • B01D67/0002—Organic membrane manufacture
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/02—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor characterised by their properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2323/00—Details relating to membrane preparation
    • B01D2323/39—Electrospinning
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2325/00—Details relating to properties of membranes
    • B01D2325/12—Adsorbents being present on the surface of the membranes or in the pores
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2325/00—Details relating to properties of membranes
    • B01D2325/48—Antimicrobial properties

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pest Control & Pesticides (AREA)
  • Dentistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Agronomy & Crop Science (AREA)
  • Plant Pathology (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Artificial Filaments (AREA)
  • Nonwoven Fabrics (AREA)
  • Disinfection, Sterilisation Or Deodorisation Of Air (AREA)

Abstract

本发明公开一种纳米纤维薄膜及其制备方法与应用，其中，所述制备方法包括步骤：将AIE光敏剂和疏水共聚物混合在有机溶剂中并加热搅拌，得到纺丝溶液；采用所述纺丝溶液进行静电纺丝，制得所述纳米纤维薄膜。本发明制得的所述纳米纤维薄膜的多孔结构可以实现对微小颗粒或者致病气溶胶的吸附和过滤作用；其在日光光照下具有产生活性氧的能力以及温和的光热转化效果，可以协同实现对纤维薄膜表面吸附的多种病原菌的杀伤和清除能力。所述纳米纤维薄膜制备简单，性质稳定且具备对细菌、真菌和病毒的广谱杀伤效果，在病原菌过滤和可穿戴生物防护方面具有广阔的应用前景。

Description

一种纳米纤维薄膜及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及可穿戴生物防护材料领域，特别涉及一种纳米纤维薄膜及其制备方法与应用。
背景技术
近些年来，各种传染性疾病(如：H1N1流感，中东呼吸综合征，埃博拉和COVID-19)的爆发给全球经济和人类健康带来了极大的影响。很多理论和实际经验表明，穿戴个人防护设备(比如口罩等)对于防止呼吸道疾病的传播具有积极作用。然而，一个全球大流行的疾病的爆发往往会导致个人防护设备的供不应求以及相关原材料的短缺；个人防护设备的随意丢弃和不恰当的灭活又会导致疾病的交叉感染和进一步传播。因此，设计制备同时具有病原菌过滤和灭活功能的杂化材料具有非常重要的科学研究价值。为了达到这一目的，目前广泛使用的方法为，在薄膜材料中通过物理掺杂或者化学修饰的方式引入抗菌剂。然而，已有的抗菌薄膜存在以下一些缺点：需要较长的接触时间以彻底杀灭表面病原菌，不具备对细菌、真菌和病毒的广谱杀灭效果，仅依赖光热效果进行杀伤的抗菌材料在太阳光下产生的大量热量会对人体表面皮肤造成灼伤。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种纳米纤维薄膜及其制备方法与应用，旨在解决现有抗菌薄膜材料存在的灭活耗时长、杀菌广谱性不足、潜在皮肤接触损伤、利用AIE光敏剂制备薄膜的研究不足等问题。
本发明的技术方案如下：
一种纳米纤维薄膜的制备方法，其中，包括步骤：
将AIE光敏剂和疏水共聚物混合在有机溶剂中并加热搅拌，得到纺丝溶液；
采用所述纺丝溶液进行静电纺丝，制得所述纳米纤维薄膜。
所述纳米纤维薄膜的制备方法，其中，所述AIE光敏剂为具有光照敏化产生活性氧和光热转化作用的小分子。
所述纳米纤维薄膜的制备方法，其中，所述AIE光敏剂的化学结构式为
Figure BDA0002848655260000021
或者
Figure BDA0002848655260000022
中的一种。
所述纳米纤维薄膜的制备方法，其中，所述疏水聚合物为聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯和聚己内酯中的一种或多种。
所述纳米纤维薄膜的制备方法，其中，所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺和四氢呋喃的混合溶剂。
所述纳米纤维薄膜的制备方法，其中，所述将AIE光敏剂和疏水共聚物混合在有机溶剂中并加热搅拌的步骤中，所述AIE光敏剂和疏水共聚物的质量比为1:20。
所述纳米纤维薄膜的制备方法，其中，所述纺丝溶液中，AIE光敏剂的质量浓度小于等于0.2％。
所述纳米纤维薄膜的制备方法，其中，所述采用所述纺丝溶液进行静电纺丝，制得所述纳米纤维薄膜的步骤中，电压为12.0-15.0kV，静电纺丝时间为15min-2h。
一种纳米纤维薄膜，其中，采用本发明所述纳米纤维薄膜的制备方法制得。
一种纳米纤维薄膜的应用，其中，将本发明所述的纳米纤维薄膜用于制备可穿戴生物防护设备。
有益效果：本发明通过静电纺丝的方法将具有AIE特性的光敏剂与具有介电性质的疏水共聚物进行掺杂制备得到了一种新型的纳米纤维薄膜。所述纳米纤维薄膜的多孔结构可以实现对微小颗粒或者致病气溶胶的吸附和过滤作用；其在日光光照下具有敏化产生活性氧的能力以及温和的光热转化效果，可以协同实现对纤维薄膜表面吸附的多种病原菌的杀伤和清除能力。
附图说明
图1为本发明提供的一种纳米纤维薄膜的制备方法较佳实施例的流程图。
图2为本发明实施例1制得的纳米纤维薄膜的SEM图和CLSM图：(a)和(b)分别为未进行掺杂和进行了TTVB掺杂的纳米纤维薄膜的SEM图；(c)和(d)分别为未进行掺杂和进行了TTVB掺杂的纳米纤维薄膜的CLSM图。
图3为本发明实施例1制得的纳米纤维薄膜的纤维直径分布图：(a)和(b)分别为未进行掺杂和进行了TTVB掺杂的纳米纤维薄膜的结果。
图4为本发明实施例1制得的纳米纤维薄膜NM和TTVB@NM在室温条件下的水接触角测试结果。
图5为本发明实施例1制得的纳米纤维薄膜TTVB@NM与掺杂剂TTVB的固体粉末的紫外-可见吸收光谱图(a)和荧光发射光谱图(b)。
图6为本发明实施例1制得的纳米纤维薄膜NM和TTVB@NM在模拟太阳光下的活性氧产生示意图(a)和光热转换曲线图(b)。
图7为本发明实施例1制得的具有不同厚度的纳米纤维薄膜TTVB@NM包覆的熔喷布的过滤效率和压降测试(a)以及透气性测试结果(b)。
图8为本发明实施例1制得的纳米纤维薄膜NM和TTVB@NM在暗处和模拟太阳光下对液滴中不同病原菌(革兰氏阳性菌-金黄色葡萄球菌S.aureus，革兰氏阴性菌-大肠杆菌E.coli，真菌-白色念珠菌C.albicans和病毒-M13噬菌体)的杀伤测试结果。
图9为本发明实施例1制得的纳米纤维薄膜NM和TTVB@NM对气溶胶中不同病原菌(革兰氏阳性菌-金黄色葡萄球菌S.aureus，革兰氏阴性菌-大肠杆菌E.coli，真菌-白色念珠菌C.albicans)的拦截和过滤效果：(a)图为将含有E.coli的气溶胶喷到纤维薄膜表面后，分别收集纤维薄膜上表面和下方的细菌并进行涂板的结果；(b)纤维膜表面吸附和拦截的不同病原菌的SEM分析结果。
图10为本发明实施例1制得的纳米纤维薄膜NM和TTVB@NM在暗处和自然太阳光下对含有混合病原菌(革兰氏阳性菌-金黄色葡萄球菌S.aureus，革兰氏阴性菌-大肠杆菌E.coli，真菌-白色念珠菌C.albicans)的气溶胶的灭活效果：(a)和(b)图分别为光照5min和10min后的测试结果。
具体实施方式
本发明提供一种纳米纤维薄膜及其制备方法与应用，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
具有聚集诱导发光(AIE)性质的光敏剂作为一种新型的抗菌材料备受关注。相较于传统的聚集导致淬灭(ACQ)的分子而言，AIE光敏剂在聚集态具有更高的ROS产生效率。此外，通过对AIE分子骨架结构或者给受体基元的合理设计和调整，可以将AIE分子的吸收光谱调节到白光范围并且让其具备适度的光热效应以辅助ROS杀伤病原菌而不对正常皮肤造成灼伤。然而，目前基于AIE光敏剂的杀菌研究主要集中在溶液层面或者小鼠伤口感染治疗，在固体薄膜层面的抗菌界面制备技术的研究鲜有报道。
基于此，本发明提供了一种纳米纤维薄膜的制备方法，如图1所示，其包括步骤：
S10、将AIE光敏剂和疏水共聚物混合在有机溶剂中并加热搅拌，得到纺丝溶液；
S20、采用所述纺丝溶液进行静电纺丝，制得所述纳米纤维薄膜。
本实施例中，通过静电纺丝的方法将具有AIE特性的光敏剂与具有介电性质的疏水共聚物进行掺杂制备得到了一种新型的纳米纤维薄膜。所述纳米纤维薄膜的多孔结构可以实现对微小颗粒或者致病气溶胶的吸附和过滤作用；其在日光光照下具有产生活性氧的能力以及温和的光热转化效果，可以协同实现对纤维薄膜表面吸附的多种病原菌的杀伤和清除能力。所述纳米纤维薄膜制备简单，性质稳定且具备对细菌、真菌和病毒的广谱杀伤效果，在病原菌过滤和可穿戴生物防护方面具有广阔的应用前景。
在一些实施方式中，将AIE光敏剂和疏水共聚物的按照质量比为1:20的比例溶解在有机溶剂中，并在45℃的避光条件下搅拌16h，制得纺丝溶液。在本实施例中，所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和四氢呋喃(THF)的混合溶剂。在本实施例制得的纺丝溶液中，所述AIE光敏剂的黑子量浓度小于等于0.2％。
在一些实施方式中，所述疏水聚合物可选自但不限于聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯和聚己内酯中的至少一种。
在一些实施方式中，所述AIE光敏剂为具有光照敏化产生活性氧和光热转化作用的小分子。作为举例，所述AIE光敏剂的化学结构式为
Figure BDA0002848655260000061
或者
Figure BDA0002848655260000062
中的一种。
在一些实施方式中，静电纺丝过程中，纺丝溶液的挤出速度为1.0mL/h，注射器体积为5mL，针头大小为21G，针头末端距离纺丝收集金属板的距离为15cm，电压为12.0-15.0kV，静电纺丝时间为15min-2h。
在一些实施方式中，在静电纺丝制得所述纳米纤维薄膜后，还将纳米纤维薄膜进行真空干燥和巴氏灭菌处理以得到适宜进行生物测试的无菌薄膜。在本实施例中，所述纳米纤维薄膜真空干燥的方法为：45℃，真空干燥箱，12h，然后置于自封袋里密闭保存；巴氏灭菌方法为：65℃，鼓风干燥箱，30min。
在一些实施方式中，还提供一种纳米纤维薄膜，其采用本发明所述纳米纤维薄膜的制备方法制备而成。
通过本发明制得的纳米纤维薄膜具有多层纳米纤维无规交叉排列形成的多孔结构，纳米纤维的直径分布为554±100nm，室温条件下的水接触角约为137.3°。
在一些实施方式中，还提供一种纳米纤维薄膜的应用，将所述纳米纤维薄膜用于制备可穿戴生物防护设备。所述纳米纤维薄膜可用于病原菌吸附和过滤，以及太阳光下的病原菌杀伤和清除。
下面通过具体实施例对本发明一种纳米纤维薄膜的制备方法及其性能做进一步的解释说明：
实施例1
(1)将3.6g聚偏氟乙烯PVDF-HFP颗粒，0.18g AIE光敏剂TTVB粉末加入10mL N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和四氢呋喃(THF)混合溶剂中，维持45℃恒温条件下进行磁力搅拌16h，得到含有聚偏氟乙烯和AIE光敏剂的均一的纺丝溶液；
(2)静电纺丝时，使用5mL注射器，21G不锈钢针头，施加电压为15kV，接收距离为15cm，纺丝时间为30min，即得到初步的纳米纤维薄膜；
(3)将纳米纤维薄膜置于真空干燥箱中，温度设置为45℃，干燥12h以除去残留溶剂，然后置于自封袋里密闭保存；在进行生物实验之前，进行巴氏灭菌，具体方法为：65℃，鼓风干燥箱，30min。
对本实施例制得的AIE分子掺杂的纳米纤维薄膜的微观形貌和表面亲疏水性进行测试：
用场发射扫描电子显微镜(SEM)和共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)对本实施例制得的纳米纤维薄膜TTVB@NM的微观形貌进行测试，并与未进行掺杂的薄膜NM进行了对比。SEM测试结果如图2(a)和2(b)所示，TTVB的掺杂未影响纤维的形貌，NM和TTVB@NM均具有多层纳米纤维无规交叉排列形成的多孔结构；图2(c)和2(d)中的CLSM的测试结果表明，TTVB在纤维内可以均匀分布，未出现团聚或者析出的现象；图3中的结果表明，NM的纤维直径分布为479±110nm，TTVB@NM的纤维直径分布为554±100nm，TTVB的掺杂使得纤维的直径略有增加。
图4中，NM和TTVB@NM在室温条件下测得的水接触角结果分别为140.9°和139.3°，这个结果表明，二者的疏水性几乎相当，TTVB的掺杂并未影响到NM的表面亲疏水性。
对本实施例制得的AIE分子掺杂的纳米纤维薄膜的光物理学性质进行测试：
用紫外-可见吸收光谱仪和荧光发射光谱仪对TTVB@NM的吸收和发射光谱进行表征，并与掺杂剂TTVB的固体粉末的性质进行对比。结果如图5所示，在掺杂进入纳米纤维薄膜后，TTVB的光物理学性质基本未发生改变，TTVB@NM在可见光区(400-700nm)具有较强的吸收，有利于将其应用在太阳光下的光照杀菌研究。
使用DCFH作为探针研究了TTVB@NM在模拟太阳光下产生活性氧的能力，并与未进行掺杂的薄膜NM进行对比。DCFH在活性氧的氧化作用下会发出绿色荧光，结果如图6(a)所示，TTVB@NM可以产生大量的活性氧，NM因没有掺杂光敏剂而不能产生活性氧。
接下来，我们测试了TTVB@NM在模拟太阳光下的光热转换能力，并与未进行掺杂的薄膜NM进行了对比。结果如图6(b)所示，NM和TTVB@NM在光照下温度从25℃分别增加到了30℃和38℃，TTVB@NM具有较好的光热转化效果，此温度可以通过促进病原菌气溶胶的挥发而辅助杀伤病原菌且不会因为温度过高而造成皮肤灼伤。
对本实施例制得的AIE分子掺杂的纳米纤维薄膜的过滤性质和透气性进行测试:
为便于测试，在本部分实验中所使用的静电纺丝薄膜均预先纺丝在了一片厚度约为150μm的熔喷布上，并对比了不同纺丝厚度的薄膜的性质，纺丝时间分别为0、15min、30min、60min和90min。在过滤性质的测试过程中，我们使用的气溶胶颗粒为平均粒径为260nm的NaCl超细颗粒，气溶胶流速为85L/min。结果如图7(a)所示，当静电纺丝时间超过30min后，薄膜的过滤效率＞99％，这一结果满足了市场上对N99口罩的过滤效率的要求；压降结果表明，当纺丝时间在30min以内时，压降值可以满足N99口罩的需求(＜350Pa)。图7(b)中的透气性结果表明，TTVB@NM的透气性在50-200mm/s，这一透气性结果与文献中报道的新型可穿戴材料相当或者更好。
对本实施例制得的AIE分子掺杂的纳米纤维薄膜杀伤溶液中病原菌的能力进行测试:
在这一部分测试中，我们使用了四种不同病原菌(革兰氏阳性菌-金黄色葡萄球菌S.aureus；革兰氏阴性菌-大肠杆菌E.coli；真菌-白色念珠菌C.albicans和病毒-M13噬菌体)来验证AIE分子掺杂的纳米纤维薄膜TTVB@NM的广谱杀菌特性。我们分别制备了不同病原菌的分散液，并滴加10μL病原菌分散液至NM或者TTVB@NM的表面，然后将载有病原菌的薄膜分别置于暗处或者模拟太阳光下(65mW/cm2)15min、30min或者1h，然后用PBS冲洗收集薄膜表面的病原菌并使用平板计数法对病原菌的存活率进行计算。结果如图8所示，对于细菌和真菌而言，不含掺杂剂的薄膜NM在暗处和光照下对其均没有杀伤效果，它们的存活率都在80％以上；TTVB@NM在暗处对革兰氏阴性菌和真菌没有杀伤效果，对革兰氏阳性菌的杀伤效果约为30％；TTVB@NM在光照下对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌和真菌均具有很好的杀伤效果，三者的存活率均在10％以下。对于病毒而言，NM本身在光照下也对M13噬菌体具有一定的杀伤效果，但是TTVB@NM在光照下的杀菌效果更好，抑制率在80％以上。
对本实施例制得的AIE分子掺杂的纳米纤维薄膜过滤和杀伤气溶胶中病原菌的能力进行测试:
在实际传染病的传播过程中，气溶胶因扩散距离更长、在空气中漂浮时间更久而使得其传染性和致病性更强。因此，探究所述纳米纤维薄膜过滤并且杀伤气溶胶中的病原菌的能力对于开发新型抗菌薄膜材料至关重要。在本测试中，我们使用了一个气溶胶发生装置(雾化器)制备粒径范围为1μm～5μm的病原菌气溶胶以模拟人在打喷嚏或者咳嗽时产生的气溶胶。
首先，我们测试了纤维薄膜对致病性气溶胶的过滤和拦截效果。我们将含有革兰氏阴性菌E.coli(大肠杆菌)的气溶胶喷到TTVB@NM表面上，喷涂时间为10s，然后我们用PBS收集纤维膜表面和下方的细菌，并进行涂板检测。结果如图9(a)所示，有大量细菌被拦截在了TTVB@NM表面上，而纤维膜下方没有细菌。随后，我们将不同病原菌(革兰氏阳性菌-金黄色葡萄球菌S.aureus，革兰氏阴性菌-大肠杆菌E.coli和真菌-白色念珠菌C.albicans)的气溶胶喷涂在纳米纤维薄膜上，并使用场发射扫描电镜(SEM)进行观察，如图9b)所示，我们可以观察到革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌和真菌均被拦截和吸附在了纳米纤维膜的表面。
然后，我们测试了纤维薄膜对致病性气溶胶的灭活能力。我们制备了含有混合病原菌(革兰氏阳性菌-金黄色葡萄球菌S.aureus，革兰氏阴性菌-大肠杆菌E.coli和真菌-白色念珠菌C.albicans，病毒-M13噬菌体)的气溶胶，并将其喷涂在纳米纤维薄膜上，喷涂时间为20s。然后将载有气溶胶的薄膜分别置于暗处或者自然太阳光下进行光照5min或者10min(室外气温：26℃；太阳光强度：83mW/cm2)，然后收集纤维膜表面上的病原菌并使用平板计数法计算病原菌的存活率。结果如图10所示，没有掺杂剂的NM在太阳光辐照下几乎没有杀伤能力；TTVB@NM在暗处对多种病原菌具有一定程度的杀伤能力，我们归因于TTVB结构中正电荷的杀菌能力；TTVB@NM在太阳光辐照下具有很强的杀菌能力，可以在5min内抑制99％的革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌和M13噬菌体的活性，在10min内抑制90％的真菌的活性。我们认为这种抑制和灭活能力主要来源于TTVB@NM在太阳光照下产生的ROS，此外光热效率也会通过促进气溶胶的挥发而辅助杀伤病原菌。
综上所述，本发明通过静电纺丝的方法将具有AIE特性的光敏剂TTVB与具有介电性质的疏水共聚物PVDF-HFP进行掺杂制备得到了一种新型的纳米纤维薄膜。所述纳米纤维薄膜的多孔结构可以实现对微小颗粒或者致病气溶胶的吸附和过滤作用；其在日光光照下具有敏化产生活性氧的能力以及温和的光热转化效果，可以协同实现对纤维薄膜表面吸附的多种病原菌的杀伤和清除能力。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种纳米纤维薄膜的制备方法，其特征在于，包括步骤：
将AIE光敏剂和疏水共聚物按照质量比为1:20的比例溶解在有机溶剂中，并在45℃的避光条件下搅拌16h，制得纺丝溶液；
采用所述纺丝溶液进行静电纺丝，制得所述纳米纤维薄膜；
所述AIE光敏剂为具有光照敏化产生活性氧和光热转化作用的小分子，所述AIE光敏剂的化学结构式为
Figure FDA0003857467810000011
Figure FDA0003857467810000012
或者
Figure FDA0003857467810000013
中的一种；
所述疏水聚合物为聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯和聚己内酯中的一种或多种；所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺和四氢呋喃的混合溶剂；所述纺丝溶液中，AIE光敏剂的质量浓度小于等于0.2％；
所述采用所述纺丝溶液进行静电纺丝，制得所述纳米纤维薄膜的步骤中，电压为12.0-15.0kV，静电纺丝时间为15min-2h。
2.一种纳米纤维薄膜，其特征在于，采用权利要求1所述纳米纤维薄膜的制备方法制得。
3.一种纳米纤维薄膜的应用，其特征在于，将权利要求2所述的纳米纤维薄膜用于制备可穿戴生物防护设备。
CN202011520121.0A 2020-12-21 2020-12-21 一种纳米纤维薄膜及其制备方法与应用 Active CN112808026B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011520121.0A CN112808026B (zh) 2020-12-21 2020-12-21 一种纳米纤维薄膜及其制备方法与应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011520121.0A CN112808026B (zh) 2020-12-21 2020-12-21 一种纳米纤维薄膜及其制备方法与应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112808026A CN112808026A (zh) 2021-05-18
CN112808026B true CN112808026B (zh) 2022-11-29

Family

ID=75853609

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011520121.0A Active CN112808026B (zh) 2020-12-21 2020-12-21 一种纳米纤维薄膜及其制备方法与应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112808026B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114712547B (zh) * 2022-02-15 2023-01-24 深圳大学 一种细菌纤维素基光敏抗菌敷料及其制备方法与应用
CN117569014B (zh) * 2023-11-16 2024-06-18 齐鲁工业大学(山东省科学院) 一种h2o2气体薄膜传感材料的制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019084450A1 (en) * 2017-10-26 2019-05-02 The Regents Of The University Of California SOLAR CELL BIOCIDE

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Meng Gao.AIE-based cancer theranostics.《Coordination Chemistry Reviews》.2019, *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112808026A (zh) 2021-05-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhang et al. Multilayer electrospun nanofibrous membranes with antibacterial property for air filtration
Cui et al. High performance, environmentally friendly and sustainable nanofiber membrane filter for removal of particulate matter 1.0
CN107497182B (zh) 一种兼具光催化/抗菌功能的复合纳米纤维过滤材料及其制备方法
He et al. Tailoring moisture electroactive Ag/Zn@ cotton coupled with electrospun PVDF/PS nanofibers for antimicrobial face masks
CN112808026B (zh) 一种纳米纤维薄膜及其制备方法与应用
CN108993167B (zh) 一种抗菌的静电纺丝纳米纤维空气过滤材料的制备及应用
KR101914429B1 (ko) 항균소취기능을 갖는 나노 마스크 및 이의 제조방법
Lee et al. Multifunctionality of poly (vinyl alcohol) nanofiber webs containing titanium dioxide
CN108425238B (zh) 口罩用抗菌、低阻力、高过滤效率石墨烯无纺布的制备方法
Blosi et al. Polyvinyl alcohol/silver electrospun nanofibers: biocidal filter media capturing virus‐size particles
CN113797649B (zh) 一种抗菌防病毒的空气过滤材料及其制备方法
Wei et al. Loose yarn of Ag-ZnO-PAN/ITO hybrid nanofibres: preparation, characterization and antibacterial evaluation
Li et al. Daylight-driven photosensitive antibacterial melt-blown membranes for medical use
He et al. Green and antimicrobial 5-bromosalicylic acid/polyvinyl butyral nanofibrous membranes enable interception-sterilization-integrated bioprotection
WO2022098528A1 (en) Self-decontaminating nanofibrous filters
CN113679124B (zh) 一种可循环使用的抗病毒口罩及其制备方法
Lou et al. Electrospun PVB/AVE NMs as mask filter layer for win-win effects of filtration and antibacterial activity
Yang et al. Nanopatterning of beaded poly (lactic acid) nanofibers for highly electroactive, breathable, UV-shielding and antibacterial protective membranes
Li et al. Self-sterilization and self-powered real-time respiratory monitoring of reusable masks engineered by bioinspired coatings
Ghiasi et al. Electrospinning of wheat bran cellulose/TiO2/ZnO nanofibre and investigating the UV blocking and bactericidal properties
CN108560145A (zh) 一种杀菌纳米纤维膜的制备方法
Natsathaporn et al. Functional fiber membranes with antibacterial properties for face masks
Yao et al. A hierarchical structure of flower-like zinc oxide and poly (vinyl alcohol-co-ethylene) nanofiber hybrid membranes for high-performance air filters
Zhang et al. Large-scale blow spinning of nanofiber membranes for highly efficient air mechanical filtration with antibacterial activity
Yang et al. Antibacterial, efficient and sustainable CS/PVA/GA electrospun nanofiber membrane for air filtration

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant