《Surfaces and Interfaces》：3-Glycidoxypropyltrimethoxysilane Modified Graphene Oxide Enhances Compatibility with Cationic Agents for Synergistic Antibacterial of Cotton Fabrics
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摘要氧化石墨烯（GO）已被广泛报道具有某种抗菌性能；然而，由于静电相互作用，GO在含阳离子试剂的体系中容易发生沉淀，这极大地限制了其在含阳离子体系中的应用。为解决GO与阳离子抗菌剂之间的相容性问题，本研究采用γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（GPTMS）对GO进行表面改性，制
摘要
氧化石墨烯（GO）已被广泛报道具有某种抗菌性能；然而，由于静电相互作用，GO在含阳离子试剂的体系中容易发生沉淀，这极大地限制了其在含阳离子体系中的应用。为解决GO与阳离子抗菌剂之间的相容性问题，本研究采用γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（GPTMS）对GO进行表面改性，制备了GPTMS-GO。通过评估反应温度、反应时间、GPTMS用量及pH对GPTMS-GO在后续与阳离子抗菌剂复配时分散稳定性的影响，对改性工艺进行了优化。采用SEM、FT-IR和XRD对GO及GPTMS-GO进行了表征。随后将GPTMS-GO与阳离子抗菌剂复配处理针织棉织物，并对处理后的织物进行了抗菌性能和耐洗性评估。结果表明，在5 wt% GPTMS、80°C、pH 5、反应时间5 h的最佳条件下制备的GPTMS-GO与多种阳离子抗菌剂展现出显著改善的相容性。与GO相比，GPTMS-GO具有增大的层间距和增强的热稳定性。处理后的织物达到了卓越的抗菌效果（99.99%），且在经过50次水洗后抗菌率仍超过80%。此外，GO的粘附作用赋予处理后的织物优良的光热转换性能和紫外防护效果（UPF = 122.42）。本研究提供了一种提高GO与阳离子抗菌剂相容性的简便方法，实现了通过复配利用的协同抗菌应用。
引言
近年来，纺织材料的功能性整理引起了广泛的研究关注。通过在整理过程中应用多种功能性助剂，织物可以被赋予抗静电、抗紫外、抗菌和除臭等多种功能，这是提高纺织品附加值的有效策略。与在纺纱阶段引入功能助剂相比，整理方法具有更高的操作灵活性，能够满足更广泛纺织功能化的加工需求。
石墨烯是一种由单层sp2杂化碳原子组成的二维纳米材料，单层层厚仅为0.34 nm。相邻石墨烯片层通过弱的范德华力和π-π堆积作用堆叠在一起[1]。电子可以沿sp2杂化碳原子组成的共轭平面结构高效传输。因此，石墨烯被广泛报道为具有超高电导率的功能材料，并已被应用于柔性导电材料和柔性传感器的多项研究中。石墨烯能够在特定波长吸收近红外光，并通过晶格振动将吸收的光能转化为热能。基于这一固有特性，石墨烯被广泛用于光热灭菌材料的开发。此外，石墨烯被公认为优异的紫外屏蔽材料，这得益于两种协同机制：共轭平面反射部分紫外辐射，以及sp2杂化碳原子对紫外光的高效吸收。而且，由于其比表面积大和热导率高，石墨烯及其衍生材料被广泛应用于高强度材料、储能系统和电热材料的开发。与原始石墨烯相比，氧化石墨烯（GO）是通过严格的氧化处理制备的，其碳平面和边缘上分布着丰富的含氧官能团，包括羟基（–OH）、羧基（–COOH）和环氧基[[2], [3], [4]]。这些含氧基团使GO容易分散在水介质中[5,6]，从而便于其应用于各种研究[7,8]。此外，引入的含氧官能团可作为后续化学改性的反应位点，通过接枝、原位沉积、掺杂和其他化学途径实现多种功能基团的固定[[9], [10], [11], [12]]，从而显著提升GO基材料的应用性能。鉴于这些独特特性，GO已成为多功能应用中极具前景的低维纳米载体[13,14]。
GO表现出某种抗菌性能，其抗菌机制通常归因于以下途径：GO纳米片的尖锐边缘物理破坏细菌细胞膜、化学诱导的氧化应激，或上述两种机制的协同组合[[15], [16], [17], [18], [19]]。然而，原始GO的抗菌效果固有地有限，因为其最低抑菌浓度（MIC）和最低杀菌浓度（MBC）通常远高于传统抗菌剂。因此，通常需要高负载量的GO才能赋予织物令人满意的抗菌性能，这无疑导致不良的着色和成本负担。
为增强石墨烯基材料的抗菌性能，一种常用策略是对GO进行功能化以进一步提高其抗菌效果[20]。包括金（Au）、银（Ag）和氧化铜（CuO）在内的金属和金属氧化物纳米粒子已被广泛用于GO的抗菌增强[21,22]。此外，壳聚糖[21,23,24]、各种季铵盐[25,26]以及聚乙烯亚胺（PEI）[27]等阳离子聚合物凭借其表面的正电荷被广泛用于GO改性。
虽然已开发出多种改性方法来改善GO的抗菌性能，但某些方法存在固有局限性，如合成步骤复杂和分散稳定性差，使其不适合纺织整理工艺。另一种更实用的方法是直接将GO与市售抗菌剂复配进行织物处理以实现协同抗菌效果。这一策略特别适合纺织整理工艺，因为它可以利用现有商业抗菌剂的多样性和成熟度。本研究采用后者方法，专注于提高GO与商业阳离子抗菌剂在纺织抗菌整理工艺中的相容性。
目前，有机抗菌剂是纺织整理工艺中使用的主要抗菌剂类别，主要归功于其显著优势，包括高抗菌效率、广谱活性和易于大规模合成。其中，阳离子抗菌剂通过在介质中解离出带正电荷的阳离子基团发挥作用，随后通过静电相互作用吸附在带负电荷的细菌细胞膜表面[28,29]。这一吸附过程破坏了细菌细胞膜的结构完整性，最终导致细菌失活——这是一种能更彻底地消除细菌的机制[[30], [31], [32]]。因此，它们是GO协同抗菌应用的理想候选者。然而，GO表面丰富的含氧官能团赋予其强烈的负表面电荷，当GO与阳离子抗菌剂复配时，强烈的静电吸引导致复合体系絮凝和沉淀，严重降低了其在后续纺织整理应用中的加工性和性能[33]。
为解决GO与阳离子抗菌剂复配时容易团聚和沉淀的问题，本研究采用γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（GPTMS）对GO进行共价改性，制备了GPTMS-GO，如图1所示。改性反应利用GPTMS高反应活性的末端环氧基与GO表面的部分羟基和羧基反应，实现GPTMS在GO表面的接枝，并部分屏蔽GO表面的负电荷。同时，部分GPTMS进入GO的层间，增大了GO的层间距并增强了其分散稳定性。在最佳改性工艺下制备的GPTMS-GO与多种阳离子抗菌剂具有良好的相容性，包括阳离子杂环剂、有机硅季铵盐、杂环胍类抗菌剂、壳聚糖抗菌剂和阳离子植物提取抗菌剂。在此基础上，将GPTMS-GO与阳离子抗菌剂复配处理棉织物，并评估了处理后织物的抗菌活性和紫外防护性能。本研究提供了一种简单可行的提高GO与阳离子抗菌剂相容性的方法，反应过程相对简单，易于操作。在应用研究方面，所获得的结果有望为提高GO在阳离子体系中的分散性和防止GO与阳离子试剂之间的库仑吸引导致的沉淀提供一种简便途径。同时，也为GO-有机阳离子复合抗菌剂的制备提供参考。
各部分摘要
材料
黄色针织棉织物（200 g·m?2）购自绍兴市久亿纺织有限公司（中国浙江）。氧化石墨烯（GO）购自大正纳米科技有限公司（中国广东）。γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（GPTMS）购自国药化学试剂有限公司（中国上海）。阳离子抗菌剂P（聚胍盐酸盐，固含量20 wt%）购自杭州罗川化工有限公司（中国浙江）。Na?HPO?、KH?PO?，
工艺条件对GO改性的影响
GO、纯GPTMS、GPTMS-GO和阳离子抗菌剂P的吸光度光谱见图2a。在液面以下0.5 cm深度处测得的透射率曲线可以直观反映不同制备参数下阳离子抗菌剂P与GPTMS-GO之间的相容性。具体而言，通过计算0 h记录
结论
本研究通过逐步工艺优化确定了GPTMS-GO复合物的最佳制备工艺：GO浓度1 g/L、5 wt% GPTMS、80°C、pH 5、反应时间5 h。在此基础上，将GPTMS-GO与阳离子抗菌剂复配进行进一步应用。
机理分析表明，GO表面的阴离子官能团吸引阳离子抗菌剂解离出的阳离子。渐进式静电吸附导致持续
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卢福豪：原稿撰写、验证、软件、方法论、调查研究、形式化分析、概念构思。赵普启：审稿与编辑、方法论。林少聪：软件、调查研究、形式化分析。张宁：监督、项目管理、方法论、资金获取、形式化分析。周曼：监督、方法论。王平：监督、方法论、调查研究、形式化分析。王强：审稿与编辑、验证、资源，
利益冲突声明
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致谢
本研究受福建省自然科学基金（2026J008308）和福建省中青年教育科研课题（JZ205042）资助。
卢福豪|赵普启|林少聪|张宁|周曼|王平|王强
