纳米氧化锡/偕胺肟复合纤维的制备及其抑菌性能

吴友吉,李 涛,金 盈,王芬华

·快递论文·

纳米氧化锡/偕胺肟复合纤维的制备及其抑菌性能

吴友吉*,李 涛,金 盈,王芬华

(安徽工程大学 生物与化学工程学院，安徽 芜湖 241000)

以纳米氧化锡为添加粒子，与偕胺肟化处理后的聚丙烯腈纤维反应，制得纳米氧化锡/偕胺肟复合纤维(1)，其结构及形貌经XRD，SEM和EDX表征。并研究了1对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌性能。结果表明：在纤维表面生成了四方晶系的纳米氧化锡，1对受试菌种具有良好的抑菌性能。

聚丙烯腈纤维;纳米氧化锡;复合纤维;抑菌性能

纳米纤维是指直径为纳米尺度而长度较大的线状材料，其包括纤维直径为纳米量级的超细纤维和将纳米颗粒填充到普通纤维中对其进行改性的纤维[1]。利用纳米技术对纺织纤维进行改性，可赋予纤维新的性能，采用性能不同的纳米微粒，可开发阻燃、抑菌、抗静电、防紫外线、抗电磁屏蔽等各种功能性纤维，已成为纳米纺织材料领域的研究热点[2-6]。银系化合物和铜系化合物抑菌性能优异，是最常用的抑菌材料[7-10]，近年来有关锡系化合物抑菌性能的研究也渐有报道[11-12]。目前具有高效抑菌性能功能纤维的研究报道主要集中于银系和铜系抑菌纳米纤维[13-14]，锡系抑菌纳米纤维的研究却鲜有报道。

本文以纳米氧化锡为添加粒子，与偕胺肟化处理后的聚丙烯腈纤维反应，制得纳米氧化锡/偕胺肟复合纤维(1),其结构及形貌经XRD,SEM和EDX表征。研究了1对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌性能。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

D8型X-射线粉末衍射仪[使用Cu靶线源(CuKα，λ=1.541 8 Å)测定，步速为4 °·min-1，步距为0.02 °，扫描范围为2θ=10 °～80 °]；S-4800型扫描电子显微镜(电压为10 KV)。

含偕胺肟基团的螯合纤维按照文献[15]方法制备；蛋白胨、牛肉浸膏和琼脂均为生化试剂，国药集团化学试剂有限公司；聚丙烯腈纤维，工业级；其余所用试剂均为分析纯。

1.2 合成

(1) 纳米SnO2的合成

在烧杯中加入0.125 mol·L-1SnCl4·5H2O溶液70 mL，用25%NH3·H2O调节至pH 11，转入反应釜，保持反应釜的填充度为75%，于200 ℃反应24 h。冷却至室温，过滤，滤饼依次用蒸馏水和无水乙醇洗涤，所得固体于100 ℃的真空干燥箱中12 h得纳米SnO20.570 7 g。

(2) 1的合成

在反应瓶中加入纳米SnO20.142 8 g和蒸馏水200 mL，超声分散0.5 h后取出，将含偕胺肟基团的螯合纤维0.189 6 g加入反应瓶中，于50 ℃恒温振荡反应0.5 h。过滤，滤渣用蒸馏水洗涤，烘干得样品1 0.199 8 g。

1.3 抑菌实验

在无菌操作室中，将灭菌后的牛肉膏蛋白胨培养基倒入培养皿中，待冷却后接种大肠杆菌或金黄色葡萄球菌，纤维经过无水乙醇灭菌后，分别加入到各个培养皿中。于35 ℃恒温培养24 h，其中培养基pH 7.2～7.4。根据抑菌圈的大小判断各种纤维的抑菌能力。

2 结果与讨论

2.1 合成

(1) 纳米SnO2的合成

图1为所制备纳米SnO2的XRD谱图。由图1可见，所有的衍射峰均可以指标为四方晶系的SnO2晶体(JCPDS Cards，41-1445)，其中2θ=26.58°,33.87°,37.95°,51.76°处的最强峰分别是由于(110),(101),(200),(211)晶面衍射造成的。图2为所制备纳米SnO2的扫描电镜照片，由图2可见，样品为分散均匀的小颗粒，粒径为30 nm左右。由此可见，实验成功制备了纳米SnO2。

2θ/(°)

图2 纳米SnO2的SEM照片

(2) 1的合成

图3为1的SEM照片。由图3可见，在1表面分散着粒径约30 nm的小颗粒。可能的机理是，偕胺肟基团中的氨基氮和羟基氧与锡发生了键合作用，生成了1。

图3 nano-SnO2/AOCF的SEM照片

为了进一步确定1的元素组成，对复合纤维进行了EDX分析，结果见图4和表1所示。由图4和表1可以看出，在以C、N、O为主要元素的1表面上检测到Sn的存在，结合纳米氧化锡样品的XRD图谱，说明成功制备了1。

图4 nano-SnO2/AOCF的EDX图谱

元素质量百分比/%原子百分比/%C15.4231.62N3.776.62O33.7852.00Sn47.039.76总量100.00100.00

2.2 1的抑菌性能

图5为1对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌效果图。由图5a、图5c可以看出，改性前的PAN纤维和改性后的AOCF纤维周围均无抑菌圈，说明PAN和AOCF本身并不具备抑菌性能。而与纳米氧化锡反应后的复合纤维周围有明显的抑菌圈，说明1对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均有良好的抑菌性能。

图5 纤维的抑菌效果图(a、b—大肠杆菌,c、d—金黄色葡萄球菌)

为了进一步研究1的抑菌性能，以一定浓度单位的青霉素作为参照，其中大肠杆菌所用青霉素浓度为1万单位，而金黄色葡萄球菌所用青霉素浓度为0.5万单位。图5b中复合纤维质量为0.08 g，由图5b可见，复合纤维和青霉素的抑菌圈直径均为13 mm，表明0.08 g复合纤维对大肠杆菌的抑菌能力与1万单位青霉素相当。图5d中复合纤维质量为0.06 g，由图5d可见，复合纤维和青霉素的抑菌圈直径均为16 mm，表明0.06 g复合纤维与0.5万单位青霉素对金黄色葡萄球菌的抑菌能力相当。

表2给出了固定青霉素浓度，不同质量的1与青霉素抑菌效果比较。由表2可见，无论是大肠杆菌还是金黄色葡萄球菌，随着复合纤维质量的增加，抑菌圈直径逐渐增大，抑菌性能逐渐增强。

表2 nano-SnO2/AOCF与青霉素的抑菌效果比较

含偕胺肟基的螯合纤维与纳米氧化锡反应，制得纳米氧化锡/偕胺肟复合纤维(1)。1为四方晶系SnO2晶体。1的抑菌性能研究表明：PAN和AOCF本身无抑菌性能，而0.08 g的1对大肠杆菌的抑菌能力与1万单位的青霉素相当，0.06 g的1对金黄色葡萄球菌的抑菌能力与0.5万单位的青霉素相当。

[1] 顾卓.丝素/聚乙烯醇共混纳米纤维制备及其抗菌功能化[D].江苏苏州：苏州大学，2008.

[2] 么丹阳，巫晓华，毛雪峰，等.银纳米颗粒/二氧化钛/醋酸纤维素复合纤维的制备及其性能[J].纺织学报，2016，37(4)：15-20.

[3] 魏海玲，何文元，沈晓虹，等.PAN/ZnO抗静电纳米复合纤维膜的制备及性能研究[J].河北科技大学学报，2016，36(3)：263-268.

[4] 李昕，王喜常，郑一平，等.PEDOT-PSS /Co-Fe3O4/PVA 电磁功能复合纤维结构与性能[J].高分子学报，2016，(1)：91-97.

[5] 王鹏，董永春，崔桂新，等.不同纳米TiO2负载棉织物在染料降解反应中的比较研究[J].纺织学报，2015，36(11)：92-98.

[6] 窦午红，刘东月，王文涛，等.新型P—N—Si 无卤阻燃剂的合成及其在棉纤维中的应用[J].合成化学，2016，24(2)：107-111.

[7] Che P，Liu W，Chang X X，etal.Multifunctional silver film with superhydrophobic and antibacterial properties[J].Nano Research，2016，9(2)：442-450.

[8] Sadananda V，Rajinib N，Varada A，etal.Preparation of cellulose composites withinsitugenerated copper nanoparticles using leaf extract and their properties[J].Carbohydrate Polymers，2016，150(10)：32-39.

[9] 郑丽，刘波，徐瑞，等.干法相分离制备含银抗菌微孔硅橡胶膜[J].高分子材料科学与工程，2015，31(6)：133-137.

[10] 张淑源，张欣，张华.氧氟沙星混配金属配合物的合成与抑菌活性[J].天津师范大学学报，2014，34(3)：89-92.

[11] 朱小明，邝代治，冯泳兰，等.双[三(2-甲基-2-苯基)丙基锡]二元酸酯(CH2)n[CO2Sn(CH2CMe2Ph)3]2(n=5，6)的合成、结构、热稳定性及生物活性[J].无机化学学报，2015，31(7)：1373-1379.

[12] 张志坚，邝代治，张复兴，等.三( 2-甲基-2-苯基) 丙基锡( Ⅳ) 三氯乙酸酯的合成、结构和生物活性[J].应用化学，2014，31(9)：1058-1062.

[13] Wanga W，Lia W，Gaoa C C，etal.A novel preparation of silver-plated polyacrylonitrile fibers functionalized with antibacterial and electromagnetic shielding properties[J].Applied Surface Science，2015，342(7)：120-126.

[14] 吴燕，韩光亭，宫英，等.海藻酸铜纤维的抗菌及抑菌性能[J].纺织学报，2011，32(7)：13-16.

[15] 李婉玉，吴友吉，金盈，等.纳米硫化铜/ 偕胺肟复合纤维的制备及抑菌性能研究[J].合成化学，2015，23(5)：408-410.

Preparation and Antibacterial Properties of Nanometer Tin Oxide/Amidoxime Composite Fiber

WU You-ji*,LI Tao,JIN Ying,WANG Fen-hua

(College of Biochemical Engineering,Anhui Polytechnic University,Wuhu 241000,China)

The nano-tin oxide/amidoxime composite fiber(1) was prepared by reaction of SnO2nanocrystals with amidoxime-chelated polyacrylonitrile(PAN) fiber.The structure was characterized by XRD,SEM and EDX.The antibacterial properties of 1 againstEscherichiacoliandStaphylococcusaureuswere investigated.The results indicated that tetragonal SnO2nanocrystals were deposited uniformly on the surface of 1 and 1 had excellent antibacterial properties.

polyacrylonitrile;nano-tin oxide;composite fiber;antibacterial property

2016-07-19

国家自然科学基金资助项目(21502001)；安徽省大学生创新创业训练计划项目(AH201410363223，201510363211)

吴友吉(1975-)，男，汉族，安徽天长人，硕士，讲师，主要从事高分子材料改性及应用的研究。E-mail：youji_wu@163.com

O63

A

10.15952/j.cnki.cjsc.1005-1511.2016.12.16186