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    韓國科學技術研究所(KIST):木質素修飾多壁碳納米管在聚乙烯醇納米復合材料中的抗菌性能

     
    發布日期:2018-11-09
     

    木質素在各種應用中受到很多關注,例如生物合成,抗菌活性,以及作為碳纖維的資源。木質素的物理性質和生物醫學性質是由其酚類結構所產生的固有功能所決定的,即由三種苯丙烷類單體組成的芳香立體結構:香豆?;?,松柏基和芥子醇。木質素也是生物圈中第二豐富的天然聚合物,緊鄰纖維素,通常存在于陸生植物的細胞壁中。生物圈的不同來源會影響其結構和性質。因此,根據應用選擇一種木質素是非常重要。

    近年來,以木質素為基礎的抗菌和抗氧化納米纖維網已被開發用于傷口敷料等生物用途。由于納米纖維網在非常薄的納米纖維之間有許多小孔,它們可以保護人體免受外界環境的影響,同時允許人體產生的水蒸氣擴散。 最近,一些研究人員報道了通過靜電紡絲木質素溶液形成具有固有的機械性質,抗菌性和抗氧化性的木質素納米纖維,證明了木質素作為功能材料資源的潛力。

    然而,由于木質素基納米纖維力學性能較差,限制了其實際應用。因此,提高木質素基納米纖維的力學性能至關重要。碳納米管(CNTs)由于具有優異的機械性能、電性能和熱性能,可以有效地用作木質素基質中的理想納米填料,以增加納米纖維的機械性能。然而,CNTs在聚合物基體中的分散性較差也可能降低聚合物/CNT復合材料的機械性能。采用共價和非共價官能團化方法用于增加增強聚合物基質中的CNT分散;然而,非共價CNT官能團化更合適,因為官能團化不會導致CNT/聚合物復合材料的抗菌性能降低。

    韓國科學技術研究所(KIST)制備了一種木質素修飾的多壁碳納米管(t-MWNT),以獲得具有較高抗菌性能、機械強度高的聚乙烯醇納米纖維(NFs)。由于t-MWNTs與木質素分子的良好相互作用,使其在木質素水溶液中分散良好,導致木質素分子在t-MWNTs表面得到修飾。通過電紡含有1wt%t-MWNT的木質素/t-MWNT/PVA溶液制備木質素修飾的t-MWNT/PVA NF網。與木質素/PVA納米纖維相比,它們在斷裂應力和模量方面表現出了增強的機械性能。與木質素/PVA復合材料相比,木質素/t-MWNTs/PVA復合材料也表現出優異的抗菌活性。即使在PVA的熱處理之后,木質素/t-MWNT/PVA NF的機械性能也可以保持,這是醫療應用的必要過程,例如皮膚真皮層上的傷口愈合。木質素修飾的t-MWNT/PVA NFs可能在傷口敷料、支架和抗菌紡織品中具有很高的應用潛力。


    圖1. ( a,c,e)木質素/ PVA納米纖維的SEM圖像、HR-TEM圖像和直徑分布;(b,d,f)木質素/ t -MWNT / PVA納米纖維的SEM圖像、HR-TEM圖像和直徑分布。


    圖2. 具有交聯的木質素/ PVA和木質素/ t-MWNT / PVA NF的應變 - 應力曲線。


    圖3. 木質素/PVA和木質素/t-MWNT/ PVA復合材料對金黃色葡萄球菌的抗菌效果。選擇電紡PVA NF作為對照。在瓊脂上植入18小時后培養的細菌圖像。

     
     
     

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