聚多巴胺辅助化学镀银制备抗菌纺织品的概念验证及卷对卷规模化生产研究

这篇研究通过聚多巴胺（PDA）辅助化学镀银技术，开发了一种低成本、可规模化的抗菌纺织品制备方法。研究系统考察了pH值（10）、温度（65°C）和氧气浓度（50 sccm）对银纳米颗粒（Ag NPs）生长动力学的影响，实现了覆盖率56.69%、粒径69.48±14.89 nm的快速沉积。通过3D打印卷对卷（R2R）系统验证了该技术的工业化潜力，所得纺织品对大肠杆菌（E. coli）展现出显著抗菌活性，为医疗防护和公共卫生领域提供了创新解决方案。

　　

摘要

研究团队开发了一种基于聚多巴胺（PDA）辅助化学镀银的创新方法，通过调控pH（10）、温度（65°C）和氧气流速（50 sccm）等参数，显著加速银纳米颗粒（Ag NPs）在纺织品上的沉积。该方法突破传统工艺需12-24小时的反应限制，在30分钟内实现覆盖率56.69%、平均粒径69.48±14.89 nm的均匀镀层，为抗菌纺织品的规模化生产提供新思路。

实验方法

2.1 Ag NPs化学镀工艺

采用三羟甲基氨基甲烷（Tris）缓冲体系（pH 8.5），在聚乙烯（PE）、聚酯等织物表面进行PDA预处理。通过热板控温（25-65°C）和质量流量控制器调节氧气流速（0-50 sccm），随后浸入25 g/L硝酸银（AgNO₃）溶液完成金属沉积。

2.2 卷对卷系统构建

采用3D打印聚乳酸（PLA）构件搭建R2R装置，包含三个浸渍槽（多巴胺/去离子水/AgNO₃），线速度0.6 cm/min。系统通过齿轮组减速，配合硅胶密封确保液体密闭性，实现连续化生产。

关键发现

3.1 多巴胺聚合动力学

椭偏仪测量显示：

• •

  温度65°C时PDA厚度达16.0±0.1 nm（对照25°C为3.8 nm）

• •

  氧气流速50 sccm使厚度提升至13.6±0.5 nm

• •

  pH 10条件下厚度较pH 8.5增加97%

3.2 Ag NPs形貌调控

SEM-EDX分析证实：

• •

  高温（65°C）组Ag NPs尺寸较室温组增大267%

• •

  XPS谱图中Ag 3d_5/2（368.6 eV）和3d_3/2（374.6 eV）峰证实金属银形成

• •

  双参数协同（高温+高氧）使沉积速率提升6倍

3.3 抗菌性能

通过活/死细胞荧光染色和OD₆₀₀检测发现：

• •

  处理4小时后，Ag镀层纺织品完全抑制大肠杆菌增殖

• •

  镀层样品仅显示红色荧光（死菌），未处理组保持绿色荧光（活菌）

应用前景

该研究首创的3D打印R2R系统，将传统批处理工艺转化为连续生产模式。通过优化反应动力学参数，使Ag NPs沉积速率达到工业级要求，为开发低成本抗菌医用织物、公共卫生物资提供了可扩展的技术路径。未来需进一步评估洗涤耐久性（AATCC 61）和银离子缓释特性，以推动实际应用。