纳米技术在纺织工业中的应用正在迅速增加。最近，一些纳米材料，如铜、金、银、铝、二氧化钛和氧化锌（ZnO）等，经常被用作纺织品的涂覆或嵌入剂。

这主要是因为传统方法赋予织物不同性能往往不具有持久效果，在洗涤或穿戴后会失去功能。经过纳米颗粒（NPs）处理的织物具有较高的耐久性，相比传统材料更持久。

NPs的大表面积与体积比具有较高的表面能，能更好地与织物亲和，并增加纺织品功能的耐久性。棉织物经过大颗粒ZnO或纳米ZnO处理后，显示出不同的物理和机械性能。

与大颗粒ZnO相比，采用ZnO NPs进行涂覆处理时，织物的透气性得到改善。应用ZnO在棉织物上会增加织物的机械强度，相比未处理的织物。

可能是由于经过处理的织物更加硬，这导致最大力增加，弹性减小。有几种文献也描述了ZnO和其他NPs的生物安全性、生物相容性、电学、光学、化学和生物性能。

这些纳米结构功能化的纺织材料，已被证明可用于许多其他应用，如抗菌活性、紫外线（UV）光保护和自清洁基底。

在纺织品涂层领域，已经开发了一些有趣且具有进步性的作品，利用各种纳米结构材料构建双功能或多功能织物。

这种涂层后的织物可以提供多种创新特性，从而拓宽了最终产品的应用领域。

同样地，几种纳米颗粒受到了极大关注，因为它们具有潜在的抗菌效果。其中，氧化锌纳米颗粒被认为是非常理想的选择。

与银纳米颗粒相比，氧化锌纳米颗粒具有更低的成本和白色外观等优势。此外，氧化锌纳米颗粒的抗菌活性不依赖于光照，而二氧化钛纳米颗粒需要光照才能实现良好的抗菌活性。

由于其抗菌性能，氧化锌纳米颗粒被广泛应用于纺织品涂层，因为它们被认为是对抗广谱细菌和真菌的可行解决方案。

这种材料的高比表面积为其与微生物的反应提供了绝佳机会。在纳米颗粒和微生物之间的相互作用中，不同的因素起着重要作用，包括纳米颗粒的形状、大小、类型和浓度，细菌菌株的内在性质等。

有几项研究旨在制备具有抗菌活性，和紫外线防护特性的氧化锌纳米颗粒，并应用于不同的纺织品上。

然而，关于不同形状和大小的氧化锌纳米颗粒，在紫外线防护和抗菌活性应用方面的详细研究并不多见。

因此，我们利用沉淀法在不同反应介质中合成了氧化锌纳米颗粒，并在棉织物上使用硝酸锌六水合物和其他试剂，进行原位法制备不同大小和形态的氧化锌纳米颗粒，以评估其紫外线阻挡能力和抗菌活性。

1.紫外光防护测量

在这项研究中，使用紫外-可见光谱对处理和未处理的棉织物，进行了UV光响应研究。通过测量UV吸收和透射来评估对UV辐射的屏蔽效果。

透射数据用于计算紫外线防护因子（UPF）和UV透射百分比，根据方程式（1）和（2）进行计算。

UPF是将测试织物保护的皮肤的平均有效辐射率，与皮肤的平均紫外辐射率的比值。它是通过计算UV-A区域（315-400 nm），和UV-B区域（280-315 nm）的平均百分比透射率来计算的。

其中E（λ）是相对热光谱有效性，S（λ）是太阳光谱辐照度，单位为W m−2纳米−1T（λ）是从紫外光谱实验中获得的光谱透射样品。E（λ）和S（λ）是从美国国家海洋和大气管理局数据库中获得的。

2.抗菌活性测试

微生物菌株在营养琼脂培养基中，以37°C的温度下静置培养24小时，直至细菌悬浮液的浊度达到1.3×10^8 CFU/mL（0.5 McFarland标准）。

将直径为6毫米的无菌标准滤纸片，浸渍在含有不同浓度（126、252、504和1280 µg/mL）的氧化锌纳米颗粒的无菌水悬浮液中，溶液中使用了二甲基亚砜作为溶剂，并用无菌镊子将滤纸片放置在接种的琼脂板上。

标准抗生素药物环丙沙星作为阳性对照。琼脂板在37°C下孵育24小时。所有测量均进行了三次。最后，测量并记录了滤纸片周围形成的抑菌区直径（以毫米为单位）。

同样地，使用琼脂糖扩散法对纺织品上原位合成的氧化锌纳米颗粒，对革兰氏阴性细菌（大肠杆菌）和革兰氏阳性细菌（金黄色葡萄球菌）的抗菌活性进行了测试。

直径为20毫米的棉织物被均匀地压在琼脂培养基上，并在37°C下孵育24小时。孵育后，通过评估滤纸片周围形成的抑菌区直径（以毫米为单位），来检测织物的抗菌效果，并记录测量结果。

1.磁共振分析

图(a)和图(b)显示了使用水（S-1）和1,2-乙二醇（CH2OHCH2OH）（S-2）溶剂合成的氧化锌纳米颗粒的X射线衍射图谱。

所有衍射峰与六方晶系瓦兹石结构（空间群P63mc）非常吻合，晶格参数为a = b = 3.249 Å和c = 5.206 Å，与JCPDS卡片号36-1451中报告的结果一致。

九个特征峰出现在31.802、34.468、36.306、47.600、56.592、62.951、66.411、67.91和69.152处，分别对应于晶体平面（100）、（002）、（101）、（102）、（110）、（103）、（200）、（112）和（201）。

样品的（101）峰是最强的峰，表明该平面是优先生长的平面。使用德拜谢勒公式方程（1）计算得到的氧化锌纳米颗粒的平均晶粒尺寸为S-1为32 nm，S-2为26 nm。

2.扫描电镜分析

图(a)显示了未涂覆的棉织物的扫描电镜图像，而图(b)到图(e)显示了分别经S-1、S-2和原位法合成的氧化锌纳米颗粒，处理后的棉织物的扫描电镜图像。

扫描电镜图像分析确认氧化锌纳米颗粒，均匀而密集地沉积在棉织物表面。氧化锌纳米颗粒的形态显示，在S-1和S-2处理后，纳米结构均匀地形成在织物表面，但其中一些颗粒会聚在一起（图(b)和(c)）。

通过这些方法合成的氧化锌纳米颗粒的形态为球形，而使用原位法合成的氧化锌纳米颗粒则具有束状/花状结构。

束状颗粒由几个棒状颗粒组成，而花状颗粒由许多单个棒状颗粒从中心径向排列组成。颗粒的大小和形状，在决定它们与纤维的附着性方面起着主要作用。

较大的颗粒可以较容易地从纤维表面去除，而较小的颗粒将更深地渗透并牢固地附着在纤维基体中。

3.棉纺织品的紫外线防护

太阳紫外线辐射由UV-A（400-315 nm）、UV-B（315-290 nm）和UV-C（290-200 nm）组成。织物对紫外线的透过率是决定棉织物防晒因数（UPF）的关键因素。

图（a）至（f）显示了未处理和经氧化锌纳米颗粒处理的棉织物的紫外线吸收光谱。与未经处理的棉织物相比，经氧化锌纳米颗粒处理的棉织物有更高的紫外线吸收能力。

我们的结果表明，通过原位法在棉织物上施加氧化锌纳米颗粒时，获得了更高的紫外线吸收能力，如图(c)和(e)所示。这表明紫外线防护性能与纳米颗粒的形状和前驱化学品有关。

先前的研究报告指出，从氯化锌前体合成的氧化锌纳米颗粒形状为棒状，其吸收光谱在UV-B区域有最大峰值，与其他形状的颗粒相比。

近期的报告表明，纳米棒状氧化锌纳米颗粒，具有更强的抗病原菌抗菌性和紫外线保护指数，与六方氧化锌纳米颗粒相比。

我们的研究结果还表明，工厂生产的棉织品的紫外线吸收能力比当地产品更高，这种差异可能是由于织物结构和初始添加化学品的处理方式不同所致。

UPF值和UV-A和UV-B范围内的UV透射百分比是通过方程计算的，并列在下表中。较高的UPF值表示对紫外线辐射的保护能力更强。

采用原位法在工厂产品上制备的棉织物获得了最高的UPF值，为320。类似地，使用相同方法在当地产品上获得的UPF因子为44.6。

而未处理的棉织物获得了较低的UPF值。本研究得到的UPF值比其他同行先前报道的结果要高得多。

具有UPF > 40的织物被认为对紫外线辐射提供了优秀的保护，被认为是完全安全的防晒产品。UPF值小于15表示织物对紫外线的透射没有保护作用。

ZnO纳米颗粒涂层棉织物的UV辐射透射能力，也远远小于未经处理的棉织物。

与当地棉花相比，工厂生产的纤维棉的UV透射也较小，这可能是由于它们的织物结构和初始处理方式上的差异。

此外，对织物进行两次洗涤后，对UPF的影响也进行了评估，结果表明洗涤对UPF和UV透射能力没有影响。这一观察结果与先前报道的研究结果一致。

4.ZnO纳米颗粒的抗菌活性

图(a)至(d)显示了S-1方法和原位法合成的ZnO纳米颗粒，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌活性。

抗菌活性显示，使用原位法合成的ZnO纳米颗粒（图(c)和(d)）对革兰氏阳性菌（金黄色葡萄球菌），和革兰氏阴性菌（大肠杆菌）表现出强大的抗菌活性，相较于S-1方法（图(a)和(b)）。

纳米棒状颗粒表现出较强的抗菌性能，对抗病原菌和紫外线防护指数较六角形ZnO纳米颗粒更好。

同样，较小尺寸的ZnO纳米颗粒由于其较大的界面积，可以更容易地穿透细菌细胞膜，从而增强了其抗菌效率。

大量研究对纳米颗粒的尺寸对抗菌活性的显著影响进行了研究，我们发现控制ZnO纳米颗粒的尺寸，对于实现最佳细菌杀菌效果至关重要，较小尺寸的ZnO纳米颗粒（具有更大比表面积）显示出最高的抗菌活性。

我们还观察到ZnO纳米颗粒在革兰氏阳性菌（金黄色葡萄球菌），上比革兰氏阴性菌（大肠杆菌）表现出更好的抗菌活性。

我们发现抗菌活性取决于ZnO纳米颗粒的浓度，如下图所示。通常情况下，随着ZnO纳米颗粒浓度的增加，E. coli和S. aureus的抑制区域的生长也增加，如图中的圆盘所示。

ZnO纳米颗粒的抗菌机制，是通过破坏细菌和真菌的细胞膜，可能是通过产生活性氧化物种，如超氧阴离子、羟基自由基和羟基离子等。

在这项研究中，我们使用三种不同的方法合成了氧化锌纳米颗粒，并应用于紫外线防护和抗菌活性。

氧化锌纳米颗粒通过沉淀法，在水和1,2-乙二醇中通过高温反应，使用氯化锌作为前驱物，氢氧化钠作为反应剂进行合成。

另一种方法是通过简单的湿化学路线，在棉织物表面原位合成氧化锌纳米颗粒。通过SEM对棉纤维上的氧化锌纳米颗粒形态进行表征，我们发现在棉织物上使用原位法合成的氧化锌纳米颗粒呈束状或花状，而使用S-1和S-2方法合成的氧化锌纳米颗粒呈球状。

使用原位法合成的氧化锌纳米颗粒获得了较高的UPF值。两种方法合成的氧化锌，对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌具有很好的细菌抑制活性。

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