氩等离子体处理棉织物负载ZnO/SnO2/rGO纳米复合涂层：增强抗菌及抗肺癌活性研究

《Results in Chemistry》：ZnO/SnO 2 decorated rGO nanocomposite coating on non-thermal plasma treated fabrics - antimicrobial activity

本研究针对纺织品作为微生物传播载体的问题，开发了在氩等离子体预处理棉织物上构建ZnO/SnO2/rGO纳米复合涂层的新策略。通过XRD、FTIR、SEM-EDX等技术证实涂层成功负载，该材料表现出超亲水性（接触角0°），对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌圈分别达23mm和22mm，对A549肺癌细胞存活率抑制至21.20%。这种兼具高效抗菌和抗癌功能的智能纺织品为医疗防护、运动服饰等领域提供了创新解决方案。

　　

流行病肆虐的阴影下，纺织品竟成为微生物传播的“特洛伊木马”。日常穿着的棉质衣物，由于纤维结构易附着病原菌，已成为医院感染和公共卫生的潜在威胁。面对这一挑战，传统的化学抗菌整理剂存在毒性残留、耐久性差等问题，而单一功能的抗菌织物难以满足日益增长的健康防护需求。正是在这样的背景下，一项融合纳米技术与纺织工程的前沿研究应运而生，通过巧妙的材料设计赋予普通棉织物强大的抗菌和抗癌双重功能。

在《Results in Chemistry》发表的最新研究中，印度韦洛尔理工学院的研究团队Udaya Vaka和M.C. Ramkumar开创性地将氧化锌(ZnO)、二氧化锡(SnO₂)纳米颗粒与还原氧化石墨烯(rGO)复合，并借助氩等离子体预处理技术，在棉织物表面构建了多功能纳米涂层。这种创新策略不仅显著提升了纺织品的抗菌性能，更令人惊喜的是，还展现出对肺癌细胞的显著抑制效果，为功能性纺织品的开发开辟了新途径。

研究人员采用共沉淀法合成ZnO纳米颗粒，利用胡椒籽提取物绿色合成SnO₂纳米颗粒，通过超声分散将两者与商业rGO复合形成纳米复合材料。棉织物经氩等离子体预处理后，采用浸渍涂层工艺实现纳米复合材料的牢固负载。研究通过X射线衍射(XRD)分析晶体结构，傅里叶变换红外光谱(FTIR)表征官能团，扫描电子显微镜结合能谱(SEM-EDX)观察形貌与元素分布，接触角测量评估润湿性，并系统测试了材料的抗菌活性（针对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌）和抗癌效果（针对A549人肺癌细胞系）。

3.1 XRD分析

XRD图谱证实合成的SnO₂为四方金红石结构，ZnO为六方纤锌矿结构，rGO在26°显示典型(002)晶面衍射峰。复合后各组分特征峰依然存在但强度减弱，表明纳米颗粒成功锚定在rGO片层上。涂层织物的结晶度指数从未处理棉布的57.78降至44.29，说明纳米涂层主要影响纤维表面而非晶体内部结构。

3.2 FTIR分析

光谱显示纳米复合材料中存在Zn-O(455 cm^-1)、Sn-O-Sn(610 cm^-1)等金属氧化物特征峰，以及rGO的羧基(1720 cm^-1)和羟基(3427 cm^-1)振动峰。等离子体处理后棉布羟基峰增强，表明表面氧化引入更多亲水基团；涂层织物在1024 cm^-1处出现增强的金属-氧振动峰，证实纳米复合材料成功负载。

3.3 SEM分析

rGO呈现清晰的层状结构，ZnO纳米棒与SnO₂纳米颗粒均匀分布其上。元素面扫描显示碳、氧、锌、锡元素分布均匀，原子比为1.5:1。棉纤维经等离子体刻蚀后表面粗糙度增加，为纳米涂层提供更多锚定位点；涂层织物表面可见异质分布的明亮颗粒，EDX检测到锌(2.43%)和锡(1.18%)元素信号。

3.4 润湿性分析

未处理棉布接触角为124°（疏水性），而等离子体处理及涂层后织物接触角降至0°，呈现超亲水特性。这种转变源于等离子体刻蚀增加表面粗糙度，以及纳米材料富含的羟基、羧基亲水基团协同作用。

3.5-3.8 性能表征

涂层织物增重10.6%，证实纳米复合材料成功沉积。空气透气性从97.56 cm³/s/cm²降至76.38 cm³/s/cm²，仍优于部分医用敷料标准。拉伸强度从18.58 MPa降至14.80 MPa，源于涂层对纤维结晶区的干扰。热重分析显示涂层织物残炭率提高至4.45%，表明纳米材料提升了热稳定性。

3.9 抗菌活性

涂层织物对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径分别达23mm和22mm，与庆大霉素标准品相当。这种广谱抗菌性源于多重机制：rGO尖锐边缘物理穿刺细胞膜，Zn²⁺、Sn⁴⁺离子破坏膜完整性，以及复合材料促进活性氧(ROS)生成引发氧化应激。

3.10 抗癌活性

MTT法显示涂层织物使A549肺癌细胞存活率降至21.20%，显著优于未处理布(94.83%)和等离子处理布(84.66%)。显微镜观察显示癌细胞大量脱落死亡，呈现典型凋亡形态。纳米复合材料通过促进活性氧爆发，诱导线粒体膜电位崩解，最终导致癌细胞DNA损伤和程序性死亡。

研究结论表明，这种三元纳米复合材料通过组分间协同效应，实现了“1+1+1>3”的生物活性提升。rGO不仅作为纳米颗粒载体防止团聚，其优异导电性更促进了电子转移，增强活性氧生成效率。等离子体预处理则通过表面活化和微刻蚀，为涂层提供牢固结合基础。

该技术为开发新一代智能医疗纺织品提供了新范式：既可应用于医用防护服、手术巾等医院感控场景，其抗癌特性还为肿瘤患者功能性服饰开发带来想象空间。在运动服饰领域，材料兼具的抗菌、透气和亲肤特性，有望解决长期困扰运动员的异味和皮肤感染问题。更重要的是，该研究采用的绿色合成和等离子体加工技术环境友好，为纺织工业可持续发展提供了可行路径。随着后续研究对耐用性和生物安全性的深入验证，这种多功能纺织品有望成为守护公众健康的“隐形卫士”。