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Chem. Eng. J.:包封植物化学物质的三层纳米纤维基可生物降解面罩的制备及其在抗击COVID-19中的应用
2021/4/7 16:12:53 易丝帮

DOI: 10.1016/j.cej.2021.129152

COVID-19的爆发严重影响了人类健康和世界经济。根据世界卫生组织的指导方针,为了限制细菌和病毒的传播,必须连续使用口罩以进行个人防护。在此,研究者报告了一种棉-PLA-棉三层可生物降解面罩,其内部过滤层中包含封装的植物化学物质。通过对PLA和植物化学基草药提取物进行无针静电纺丝制备了PLA纳米纤维过滤层。与传统面罩相比,这种3层面罩在压差为35.78Pa/cm2的情况下具有增强的透气性和高达97.9%的细菌过滤效率。纳米纤维垫的密集网状结构可有效吸附深入过滤层内部的颗粒物、气溶胶颗粒和细菌。口罩的疏水层在30cm的距离内具有有效的抗血液飞溅性,从而确保了其在医疗实践中的应用。使用LibDock算法对植物化学成分进行了计算分析,预测该化学成分对蛋白质结构化细菌位点的抑制活性。分析结果表明,当存在硬脂酸、油酸、亚油酸和花生四烯酸时,具有结构互补性的植物化学物质在抑制靶向细菌界面方面表现出优异的性能。天然棉纤维和PLA生物聚合物在室内牛粪基生物降解浆料存在下显示出良好的生物降解特性。在浆料中添加粗糖会提高其生物降解性能,使重量变化由7%增加到12%。生物降解浆料中蔗糖含量的增加促进了浆料中细菌的生长,从而提高了生物降解性能。综上,本研究所开发的新型口罩给日常生活和前线医护人员带来了诸多便利,同时也在一定程度上减轻了环境污染。

 

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图1:无针静电纺丝聚合物溶液的组件。


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图2:使用标准IS 16289:2014测试透气性的工作原理。


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图3:PLA纳米纤维层在(A)1µm的放大倍率,5kV的加速电压,(B)3µm的放大倍率,5kV的加速电压下的FE-SEM显微照片。


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图4:所研制的PLA纳米纤维的AFM显微照片:(a)2D和(b)3D表面形态。


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图5:(a)C6氟碳涂层表面、棉织物表面和PLA/Neem电纺丝层的接触角测量结果,(b)表面的Cassie-Baxter状态和棉织物的超亲水性。


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图6:水分子与面罩顶层、中间层和内层的相互作用示意图。


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图7:含有印楝和柠檬桉的草本植物化学成分对细菌蛋白质结构的计算热图分析。(来自肺炎链球菌的2YA4-神经氨酸酶(NA)蛋白,来自金黄色葡萄球菌的5CPH-DNA旋回酶B亚基,来自肺炎克雷伯菌的5O77-OmpK35,来自嗜肺军团菌的4FYE-SidF,来自流感嗜血杆菌的3ZH7-E蛋白)。


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图8:加速电压为2.5kV时生物降解样品的FE-SEM图像:(A)在牛粪和含有生物降解浆料的水中处理30天后的PLA表面,(B)在牛粪、粗糖和含有生物降解浆料的水中处理20天后的PLA表面,(C)在牛粪和含有生物降解浆料的水中处理30天后的棉面,以及(D)在牛粪、粗糖和含有生物降解浆料的水中处理20天后的棉面。


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