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韩国科学技术研究所(KIST):木质素修饰多壁碳纳米管在聚乙烯醇纳米复合材料中的抗菌性能

 
发布日期:2018-11-09
 

木质素在各种应用中受到很多关注,例如生物合成,抗菌活性,以及作为碳纤维的资源。木质素的物理性质和生物医学性质是由其酚类结构所产生的固有功能所决定的,即由三种苯丙烷类单体组成的芳香立体结构:香豆酰基,松柏基和芥子醇。木质素也是生物圈中第二丰富的天然聚合物,紧邻纤维素,通常存在于陆生植物的细胞壁中。生物圈的不同来源会影响其结构和性质。因此,根据应用选择一种木质素是非常重要。

近年来,以木质素为基础的抗菌和抗氧化纳米纤维网已被开发用于伤口敷料等生物用途。由于纳米纤维网在非常薄的纳米纤维之间有许多小孔,它们可以保护人体免受外界环境的影响,同时允许人体产生的水蒸气扩散。 最近,一些研究人员报道了通过静电纺丝木质素溶液形成具有固有的机械性质,抗菌性和抗氧化性的木质素纳米纤维,证明了木质素作为功能材料资源的潜力。

然而,由于木质素基纳米纤维力学性能较差,限制了其实际应用。因此,提高木质素基纳米纤维的力学性能至关重要。碳纳米管(CNTs)由于具有优异的机械性能、电性能和热性能,可以有效地用作木质素基质中的理想纳米填料,以增加纳米纤维的机械性能。然而,CNTs在聚合物基体中的分散性较差也可能降低聚合物/CNT复合材料的机械性能。采用共价和非共价官能团化方法用于增加增强聚合物基质中的CNT分散;然而,非共价CNT官能团化更合适,因为官能团化不会导致CNT/聚合物复合材料的抗菌性能降低。

韩国科学技术研究所(KIST)制备了一种木质素修饰的多壁碳纳米管(t-MWNT),以获得具有较高抗菌性能、机械强度高的聚乙烯醇纳米纤维(NFs)。由于t-MWNTs与木质素分子的良好相互作用,使其在木质素水溶液中分散良好,导致木质素分子在t-MWNTs表面得到修饰。通过电纺含有1wt%t-MWNT的木质素/t-MWNT/PVA溶液制备木质素修饰的t-MWNT/PVA NF网。与木质素/PVA纳米纤维相比,它们在断裂应力和模量方面表现出了增强的机械性能。与木质素/PVA复合材料相比,木质素/t-MWNTs/PVA复合材料也表现出优异的抗菌活性。即使在PVA的热处理之后,木质素/t-MWNT/PVA NF的机械性能也可以保持,这是医疗应用的必要过程,例如皮肤真皮层上的伤口愈合。木质素修饰的t-MWNT/PVA NFs可能在伤口敷料、支架和抗菌纺织品中具有很高的应用潜力。


图1. ( a,c,e)木质素/ PVA纳米纤维的SEM图像、HR-TEM图像和直径分布;(b,d,f)木质素/ t -MWNT / PVA纳米纤维的SEM图像、HR-TEM图像和直径分布。


图2. 具有交联的木质素/ PVA和木质素/ t-MWNT / PVA NF的应变 - 应力曲线。


图3. 木质素/PVA和木质素/t-MWNT/ PVA复合材料对金黄色葡萄球菌的抗菌效果。选择电纺PVA NF作为对照。在琼脂上植入18小时后培养的细菌图像。

 
 
 

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