Die antibakteriellen hierarchischen Polyamid-6-ZnO-Nanofasern, hergestellt durch Atomlagenabscheidung und hydrothermales Wachstum

Hintergrund

Organisch-anorganische hierarchische Nanostrukturen vereinen nicht nur die Vorteile organischer und anorganischer Komponenten, sondern weisen auch ein hohes Oberfläche-zu-Volumen-Verhältnis auf, das für die Katalyse [1], Superhydrophobie [2], Optoelektronik [3] und Piezoelektronik [4] unerlässlich ist. sowie antibakteriell [5]. Einzigartige Funktionalitäten hierarchischer Strukturen in der Natur, wie Geckofuß, Schmetterlingsflügel und Lotusblatt, demonstrieren die professionelle Leistungsfähigkeit bei Klebstoff [6], Strukturfarbe [7] bzw. Selbstreinigung [8]. Die künstliche Synthese dieser biomimetischen Materialien wird normalerweise durch starre Skelette behindert. Ein flexibles und bequemes Substrat ist dann für praktische Anwendungen biomimetischer Materialien, insbesondere für Fasern, die die Vorteile eines hohen Seitenverhältnisses, eines geringen Gewichts und einer hohen Zugfestigkeit aufweisen, sehr wünschenswert. Wie bekannt, sind die Fasern für verschiedene Anwendungen in Textilien, Biomedizin, Umwelt usw. sehr gut geeignet. Daher ist es sehr vielversprechend, organisch-anorganische hierarchische Strukturen auf Fasern herzustellen.

Elektrospinnen ist eine einfache und kostengünstige Technik zur kontinuierlichen Herstellung von Nanofasern (NFs) [9, 10]. Bei einem Elektrospinnverfahren wird eine polymere Flüssigkeit durch ein starkes elektrisches Feld aufgeladen. Wenn die elektrische Kraft größer als die Oberflächenspannung des geladenen Polymertröpfchens ist, wird ein Strahl ausgestoßen und gedreht, um auf dem Kollektor Nanofasermembranen zu bilden [9, 11]. In den letzten Jahrzehnten hat sich Elektrospinnen als einer der effektivsten Ansätze zur Herstellung von Nanokompositen in den Bereichen Energie [12], Filtration [13], Katalyse [14], Sensorik [15], Tissue Engineering [16] und Elektronik [17] erwiesen. .

Atomic Layer Deposition (ALD) ist eine der Techniken der chemischen Gasphasenabscheidung mit aufeinanderfolgenden, selbstbegrenzenden Reaktionseigenschaften. ALD kann eine konforme Beschichtung durch genaue Kontrolle der Dicke und des Elements auf Monolayer-Ebene erreichen [18, 19, 20]. Es ist eine wichtige Technik, um die Eigenschaften von Nanomaterialien zu modifizieren und neue Nanostrukturen herzustellen, da sie eine gleichmäßige Stufenabdeckung auf der Struktur mit einem hohen Aspektverhältnis aufweist [21].

Die Kombination von Elektrospinnen mit ALD ist eine Strategie zur Herstellung ultralanger hierarchischer 1D-Kern-Schale-Nanostrukturen [22,23,24,25,26,27,28,29,30]. Das Polyamid (PA) 6-ZnO [22], ZnO-TiO₂ [23], TiO₂ -ZnO [23, 26], WO₃ -TiO₂ [24], Cu-AZO [25], Kern-Schale-NFs und AlN [27], TiO₂ [28, 29], Al2O3 [29, 30] Nanoröhren (NTs) wurden schon immer durch die Kombination von Elektrospinnen mit ALD hergestellt. Kayaciet al. [31] berichteten über die photokatalytische Aktivität von hierarchischen Nanostrukturen aus Polyethylennaphthalin-2,6-dicarboxylat (PEN)/ZnO, basierend auf elektrogesponnenen PEN-NFs. In ihrer Studie wurden ZnO-Nanonadeln durch ALD-ZnO-Keimschicht auf PEN-NFs nach hydrothermalem Wachstum hergestellt.

In dieser Arbeit werden bei der Herstellung organisch-anorganischer hierarchischer Nanostrukturen aus PA-6 NF-ZnO die „Seerosen“- und „Raupen“-ähnlichen hierarchischen Mikro- und Nanostrukturen auf elektrogesponnenen PA-6 NFs gebildet. Es ist zu beachten, dass das Wachstum der beiden Formen hierarchischer Mikro- und Nanostrukturen von der Anzahl der ALD-ZnO-Zyklen und der hydrothermalen Wachstumsperiode abhängt. Wir glauben, dass die kontinuierlichen und diskontinuierlichen ZnO-Keimschichten auf den Fasern und die hydrothermale Wachstumsperiode für dieses Zweimodenwachstum verantwortlich sind.

Nachdem wir die antibakterielle Wirkung der hierarchischen Fasern getestet haben, glauben wir, dass PA-6 NF–ZnO organisch-anorganische hierarchische Nanostrukturen, die eine gute antibakterielle Wirkung aufweisen, verwendet werden können, um Mikro- und Nanostrukturen zu züchten und beispielsweise Masken für schützende Inspirationskrankheiten herzustellen aus dem Dunst in Peking, China.

Experimenteller Teil

PA 6-NFs wurden aus einer 15 Gew.-%igen PA 6-Lösung (Guangdong Xinhui Meida Nylon Co., Ltd.) in Ameisensäure (≥88 %, Xilong Chemical Co., Ltd.) gesponnen. Die angelegte Spannung betrug 12 kV und der Abstand von der Spritze zum Ziel wurde auf 10 cm festgelegt. Die gesponnenen Nanofasermembranen wurden in einem Vakuumofen bei 60 °C für 12 h getrocknet, um überschüssiges restliches Lösungsmittel zu entfernen. ALD ZnO wurde bei 110 °C in einem selbstgebauten ALD-System durchgeführt, in dem N₂ wurde als Spülgas mit einer Flussrate von 100 sccm verwendet. ALD ZnO für 50, 100 bzw. 150 Zyklen wird auf den NF-Membranen als Saatschichten durchgeführt.

Das selbstgebaute ALD-System besteht aus einer Pyrex-Glasröhrenkammer mit einem Außendurchmesser von 40 mm, einem Innendurchmesser von 36 mm und einer Länge von 40 cm. Ein Ofen wird auf 40 °C erhitzt, um die ZnO-Blase zu erwärmen, die sich an der Vorderseite des Röhrchens befindet, während die mechanische Pumpe, die sich am Boden des Röhrchens befindet, verwendet wird, um die Röhrchenkammer auf einen Basisdruck von 0,5 Pa . zu evakuieren .

Prozessparameter der Vorläuferdosis von Diethylzink (DEZ), N₂ Spülzeit, H₂ O-Dosis des Oxidationsmittels und N₂ Spülzeit in der ALD-ZnO-Keimschicht war DEZ/N₂ /H₂ O/N₂ = 0,5/10/0,5/30 s. Die hydrothermale Reaktion von ALD-ZnO-beschichteten Nanofasermembranen wurde durch tauchbeschichtete Fasern in eine wässrige Lösung von 0,025 M Hexamethylentetramin (HMTA, Beijing Chemical Works) und 0,025 M Zinknitrat-Hexahydrat (ZnNO3·6(H2O), Beijing Chemical Works) durchgeführt. Die hydrothermale Reaktionszeit wurde auf 1, 3 bzw. 6 h eingestellt. Nach dem hydrothermalen Wachstum wurden die NF-Membranen mit entionisiertem Wasser gespült und dann 3 h bei Raumtemperatur an der Luft getrocknet.

Die Morphologien von PA 6 NF im gesponnenen Zustand und PA 6 NF mit ALD ZnO-Beschichtung wurden durch Feldemissions-Rasterelektronenmikroskopie (FE-SEM, Hitachi S4800 bei 1 kV) und hochauflösende Transmissionselektronenmikroskopie (HRTEM, JEM 2100F bei 200 kV .) charakterisiert ) ausgestattet mit einem Rastertransmissionselektronenmikroskop (STEM) bzw. einem energiedispersiven Röntgenspektroskop (EDX). Das Röntgenbeugungsmuster (XRD) der Proben wurde mit einem Pulver-Röntgenbeugungsmesser (Bruker, D8 ADVANCE) unter Verwendung einer Cu-Kα-Quelle erhalten. Röntgen-Photoelektronenspektren (XPS) wurden auf einem bildgebenden Röntgen-Photoelektronenspektrometer Kratos Axis Ultra (Al Ka, hv = 1486,7 eV) aufgenommen.

Die antibakteriellen Eigenschaften der Mikro- und Nanostrukturen von ZnO-beschichteten PA-6 NFs-Membranen wurden an Staphylococcus aureus getestet , wobei die Dicke der Membran 3 mm betrug. Die antibakterielle Wirksamkeit wurde anhand des Durchmessers der drei Bakteriostase-Kreise festgestellt.

Ergebnisse und Diskussion

ALD ZnO-Beschichtungs-NFs

Abbildung 1 zeigt die typischen FE-REM- und TEM-Bilder der PA 6 NFs im gesponnenen Zustand und der PA 6 NFs mit ALD ZnO-Beschichtung. Aus dem Haupt- und dem Nebenbild ist ersichtlich, dass die PA 6 NFs im gesponnenen Zustand zwei verschiedene Durchmessertypen aufweisen, 125 ± 75 nm und 30 ±   16 nm (in den Abb. 1a~e durch rote Kreise gekennzeichnet). dh feine und grobe Fasern zusammen. Die feine NF-Bildung während des Spinnens ist auf die schnelle Phasentrennung geladener Tröpfchen durch elektrische Kraft [32, 33], die Bildung von Wasserstoffbrücken während des Elektrospinnens [34] und die Verflechtung zwischen den Verzweigungsstrahlen [35] zurückzuführen. Es ist erwähnenswert, dass die instabile elektrostatische Spannung während des Spannens auch die Mischung von fein-rauen Fasern verursacht.

FE-REM-Bilder von a die wie gesponnenen PA 6 NFs. PA 6 NF Beschichtung von ALD ZnO bei b 50, c 100 und d 150 Zyklen. e TEM-Aufnahme der Kern-Schale-Struktur nach 150 Zyklen der ALD-ZnO-Beschichtung NF

Nach genauerer Untersuchung in Abb. 1a~d stellen wir fest, dass NFs eine glatte Oberfläche und einen einheitlichen Durchmesser haben.

Das TEM-Bild in Abb. 1e zeigt, dass sich die Faserstruktur nach dem ALD-ZnO-Prozess nicht verändert hat. Die Kern-Schale-Struktur wird im Bild für 150 Zyklen von ALD-ZnO-Beschichtungs-NFs deutlich gezeigt, und eine ausgezeichnete konforme Beschichtung im ALD-Prozess wird bestätigt. Die durchschnittliche Dicke der ZnO-Schale beträgt 14,65 nm, was ~0,98 Å/Zyklus der Abscheidungsrate im ALD-Prozess entspricht. Die ZnO-Beschichtung wird dicht und kontinuierlich auf der NF-Oberfläche gebildet.

Die oberflächenchemischen Komponenten der ALD ZnO-Beschichtung PA 6 NFs sind durch XPS in Abb. 2 charakterisiert. Die Bindungsenergie wird mit C 1s (284,8 eV) kalibriert. Die hochauflösenden Kerne von Zn 2p und O 1s sind in Abb. 2a, b gezeigt. In Abb. 2a ist zu sehen, dass zwei Peaks bei 1021,4 und 1044,5 eV Zn 2p_3/2 . zugeschrieben werden und Zn 2p_1/2 , bzw. [36]. Die Intensität von Zn 2p nimmt mit dem ALD-ZnO-Zyklus signifikant zu. In Abb. 2b sehen wir, dass sich der O 1s-Peak in PA 6 NFs nach der ALD-ZnO-Beschichtung in Richtung der niedrigeren Bindungsenergie verschiebt:je mehr Zyklen von ALD ZnO, desto größer die Verschiebung des Peaks.

XPS der Beschichtungs-NFs PA 6 NF und ALD ZnO im gesponnenen Zustand. a Zn 2p-Kern. b O 1s Kern. Die Entfaltung des O 1s-Kerns c für gesponnenes PA 6 NF. d 50, e 100 und f 150 Zyklen von ALD-ZnO-Beschichtungs-NFs

Darüber hinaus werden auch die Formen der O 1s-Kerne verformt, wie in Abb. 2b gezeigt. Der symmetrische O 1s-Peak für 50 Zyklen von PA6-NFs mit ALD-ZnO-Beschichtung ähnelt dem von PA 6 NF im gesponnenen Zustand, während der Peak für verformte O 1s-Kerne für 100 Zyklen von PA-NFs mit ALD-ZnO-Beschichtung denen von 150 Zyklen von ALD ZnO-Beschichtung ähnlich sind PA-NFs. Der mögliche Grund ist, dass die Oberflächenbedeckung mit den Zyklen von ALD ZnO variiert. In der Probe von 50 Zyklen der ALD-ZnO-Keimschicht bedeckte die Beschichtung noch nicht 100 % der NF-Oberfläche. Daher ähneln die Komponenten der Faser. Wenn die Oberfläche von NFs vollständig von ZnO bedeckt ist, ist das Signal identisch.

Die Gaußschen Entfaltungen der O 1s-Peaks sind in Abb. 2c –f für diese vier Abtastwerte gezeigt. Wie in Abb. 2c zu sehen ist, wird der bei 531,19 eV gelegene Nebenpeak der C=O-Bindung in PA 6 zugeordnet, und die hohe Bindungsenergie bei 532,16 eV wird der OH-Gruppe zugeschrieben. Die Anwesenheit der OH-Gruppe trägt zur hydrophilen Eigenschaft von PA 6 NFs bei.

In Bezug auf ALD-ZnO-Beschichtungs-NFs hängt die Entfaltung der O 1s-Peaks von den ALD-Zyklen ab:In Abb. 2d entfaltet sich der O 1s-Peak von 50 Zyklen von ALD-ZnO-Beschichtungs-NFs in zwei Unterpeaks bei 531,26 bzw. 532,69 eV; der O 1s-Peak von 100 Zyklen von ALD-ZnO-Beschichtungs-NFs passt zu drei Unterpeaks bei 530,14, 531,38 bzw. 532,44 eV, wie in Fig. 2e gezeigt. Die Energie bei 530,14 eV entspricht O ²⁻ Ion in ZnO-Wurtzit-Struktur [37, 38]. Die Energie bei 531,38 eV wird O ^2- . zugewiesen Ion in den sauerstoffarmen Regionen innerhalb der ZnO-Matrix [37, 38]. Die Energie bei 532,69 eV kann lose gebundenem Sauerstoff an der Oberfläche zugeschrieben werden [37, 38]. In ähnlicher Weise zeigt Abb. 2f die Entfaltung des O 1s-Kerns für 150 Zyklen von ALD-ZnO-Beschichtungs-NFs. Es gibt drei Komponenten bei 530,13, 531,34 bzw. 532,43 eV, die den 100 Zyklen von ALD-ZnO-Beschichtungs-PA-NFs ähneln. Die schwachen Zn-Peaks in 50 Zyklen von ALD-ZnO-Beschichtungs-NFs in Abb. 2a und der Unterpeak bei 531,19 eV, der der C=O-Bindung von PA 6 in Abb. 2d zugeordnet ist, zeigen die diskontinuierliche ZnO-Beschichtung, die auf PA 6-NFs gebildet wurde. Es bestätigt unsere Hypothese in Abb. 2b, dass in 50 Zyklen von ALD ZnO die NFs tatsächlich nicht vollständig von ZnO bedeckt sind.

PA 6-ZnO hierarchische NFs

Nachdem ZnO-Keimschichten durch ALD auf NFs abgeschieden wurden, lassen wir die ZnO-Nanodrähte (NWs) durch die hydrothermale Reaktion wachsen, indem wir die NFs in eine wässrige Lösung tauchen, die 0,025 M Hexamethylentetramin und 0,025 M Zinknitrat-Hexahydrat enthält. Die Reaktionszeiten sind auf 1, 3 bzw. 6 h festgelegt. Wie Abb. 3a~d zeigt, ist nach 1-stündiger hydrothermaler Reaktion die Oberflächenrauhigkeit sowohl für PA 6 NFs als auch für die ALD ZnO-Beschichtungs-NFs stark erhöht. Die Morphologie ändert sich bei den PA 6 NFs im gesponnenen Zustand offensichtlich nicht, während es bei den ALD ZnO-Beschichtungs-NFs aufgrund der Bildung von ZnO-Nanopartikeln (NP) auf der Oberfläche eine große Änderung gibt. Es ist ersichtlich, dass die Anzahl und der Durchmesser der ZnO-NPs auf PA 6 NFs von den ALD-Zyklen abhängig sind.

FE-REM-Bilder von PA 6 NFs, PA 6 NFs + 50 Zyklen ALD ZnO, PA 6 NFs + 100 Zyklen ALD ZnO und PA 6 NFs + 150 Zyklen ALD ZnO nach 1 h (a ~d ), 3 h (e ~h ) und 6 h (i ~l ) bzw. hydrothermale Reaktionen

Wenn die Reaktionszeit 3 h beträgt, bilden sich neben den großen Veränderungen in der Morphologie der PA 6-NFs im gesponnenen Zustand, wie in Fig. 3e gezeigt, zwei Formen hierarchischer Strukturen von Fig. 3f bis h. In Abb. 3f werden in den 50 Zyklen von ALD-ZnO-Beschichtungs-NFs die ZnO-NPs in die Clustermorphologie gezüchtet, seerosenähnliche Nanostäbe (NRs) mit scharfen Spitzen (siehe Einfügungsbild). Nach 100 und 150 Zyklen der ALD-ZnO-Beschichtung von PA 6-NFs werden außerdem die raupenähnlichen hierarchischen Nanostrukturen in Fig. 3g bzw. h gebildet. Die ZnO-NPs sind in 150 Zyklen von ALD ZnO dichter und kürzer, wie Abb. 3h zeigt. Dies führt dann dazu, dass die Zyklen von ALD ZnO und die hydrothermale Periode die ZnO NR-Form dominieren.

Abbildung 3i~l vergleicht die Morphologien von PA6-NFs nach 6 h im hydrothermalen Wachstumsprozess, wenn die ALD-Zyklen von 0 bis 150 variiert werden. Es wird festgestellt, dass das gewachsene ZnO auf den wie gesponnenen PA6-NFs immer noch in NR-Form vorliegt. aber die Konzentration der NPs ist offensichtlich reduziert. In Abb. 3i kann man sehen, dass die NRs, die auf der Oberfläche von PA 6-NFs für 6 h der hydrothermalen Reaktion gewachsen sind, mit denen der 3-h-hydrothermischen Reaktion in Fig. 3e identisch sind, mit Ausnahme der relativ hohen Dichte an NPs. Wenn PA 6-NFs mit 50 Zyklen ALD ZnO beschichtet werden, wachsen die NRs auch in die Clustermorphologie hinein, seerosenartig, wie Abb. 3j zeigt. Aus Abb. 3j sehen wir, dass die meisten NRs von der Oberfläche von PA 6-NFs abfallen.

Abbildung 3k zeigt, dass ZnO-NRs, die in einer hydrothermalen Reaktion nach 100 Zyklen der ALD-ZnO-Keimschicht gewachsen sind, länger und schwerer sind, was denen für 150 Zyklen von ALD-ZnO-Beschichtungs-NFs in Abb. 31 ähnelt. Die raupenähnlichen hierarchischen Nanostrukturen, die in 100 und 150 Zyklen von ALD-ZnO-Keimschichten gebildet wurden, sind jedoch im Vergleich zu denen in Abb. 3i relativ spärlich.

Basierend auf den Ergebnissen in Abb. 3 glauben wir dann, dass die NR-Form in 100 und 150 Zyklen von PA 6-NFs mit ALD-ZnO-Beschichtung zu dem langen Zyklus der ALD-Reaktion für die ZnO-Keimschicht und der hydrothermalen Periode für ZnO-NRs beiträgt. Die ZnO-NRs in zwei hierarchischen Strukturen werden vom ALD-Zyklus und der Hydrothermalperiode dominiert.

Das Phänomen des Abtropfens von ZnO-NRs von der Oberfläche von PA 6 NFs in Abb. 3j und längeren und spärlicheren ZnO-NRs, die in einer hydrothermalen Reaktion für 3 und 6 h unter Verwendung von 100 und 150 Zyklen von ALD-ZnO-Keimschichten in Abb. 3k, l, gewachsen sind, Wir glauben, dass die ZnO-NRs übergewichtig sind und die schwache Bindung des dünnen ZnO-Keims auf PA-NFs sie nicht unterstützen kann. Als Ergebnis zeigen REM-Bilder, dass die raupenähnlichen hierarchischen Nanostrukturen dünner sind.

Abbildung 4a zeigt das TEM-Bild einer raupenähnlichen hierarchischen Nanostruktur. Dieses Bild zeigt, dass die meisten ZnO NRs wirklich von den PA 6 NFs getrennt sind. Wir glauben, dass die ZnO NRs von PA 6 NFs abnahmen, weil die NRs übergewichtig sind und wegen der Ultraschallbehandlung. Das Abfallen von ZnO-NRs in den REM- und TEM-Bildern ist aufgrund des durch die Ultraschallbehandlung induzierten ZnO-Wachstums ausgeschlossen. Die ZnO-NRs können bekanntlich in der sonochemischen Technik [39] synthetisiert werden, bei der die hohe Energie unabdingbar ist, beispielsweise 2,5 kW für CuO-NRs, oder mit einer speziellen Technik, der Sonoplasma-Technik [40], die räumliche elektrische Entladungen kombiniert das passiert im Wasser bei gleichzeitiger Anwendung von Ultraschallwellen. In unserem Fall wurde die Ultraschallbehandlung in einem 250 W- und 40 kHz-Ultraschallgerät für 10 Minuten durchgeführt. Die hier verwendete Ultraschallbehandlung dient nur der TEM-Probenvorbereitung. Die Energie ist zu gering, um die sonochemische Reaktion auszulösen.

a TEM-Aufnahme einer raupenähnlichen hierarchischen Nanostruktur und des entsprechenden SAED-Musters als Einschub . b HRTEM und entsprechende FFT-Bilder eines einzelnen ZnO NW. c XRD-Muster von „Raupen“- und Seerosen-ähnlichen hierarchischen Strukturen

Zn HRTEM und die entsprechenden FFT-Bilder eines einzelnen ZnO-NR in Fig. 4b zeigen den Gitterabstand von ~0,522 nm, entsprechend der [0001]-Facette in ZnO-NR.

XRD-Muster in Abb. 4c vergleichen die Kristallographie von seerosen- und raupenähnlichen hierarchischen Strukturen. Man kann sehen, dass die Hydrothermalperiode das Auftreten von γ . induziert -dominanter Kristall von PA 6 und (100)-Peak von ZnO in seerosenartig für 3-h hydrothermales Wachstum und α-kristalline Phase von PA 6 und (101) Peak von ZnO in raupenartiger für 6-h hydrothermales Wachstum Probe. Es scheint, dass die hydrothermale Reaktion PA 6 -Polymerketten neu anordnet. Darüber hinaus deuten die beiden neuen Peaks (200) und (201) in ZnO-Mustern in Raupen-ähnlichen nach 6-stündigem hydrothermalen Wachstum darauf hin, dass der hydrothermale Prozess auch die Kristallographie von ZnO beeinflusst.

Wir verwenden XPS, um die chemische Komponente von ZnO-NRs nach einer hydrothermalen Reaktion zu analysieren. Abbildung 5 zeigt die Variation des O 1s-Kernspektrums mit der hydrothermalen Reaktionszeit nach 150 Zyklen von ALD-ZnO-Beschichtungs-NFs. Man sieht, dass sich der O 1s-Peak neben der Kurvenformvariation mit zunehmender hydrothermaler Reaktionszeit in Richtung der niedrigeren Bindungsenergie verschiebt. Die Entfaltung des O 1s-Peaks zeigt zwei Arten von Unterpeaks:531,20–531,54 bzw. 529,85 eV–530,01 eV im Kernspektrum, die den O-H- und Zn-O-Komponenten entsprechen. Es unterscheidet sich vollständig von den Komponenten in der in Abb. 2 gezeigten ALD-ZnO-Keimschicht, was bestätigt, dass das hydrothermale Wachstum die Variation des ZnO-Verbundstoffs induzierte.

Das O 1s-Kernspektrum und seine Entfaltung von 150 Zyklen der ALD-ZnO-Beschichtung von PA 6 mit a 0, b 1, c 3 und d 6 h hydrothermale Reaktionen bzw.

Als Anwendung der ZnO-Beschichtung PA 6 NFs wird das antibakterielle Verhalten mit S getestet. aureus , wobei die Dicke der Membran 3 mm beträgt.

Wir bewerten die antibakterielle Aktivität von Proben durch den Nachweis der Hemmzone. Die antibakterielle Wirksamkeit von S. aureus wird durch Messen des Durchmessers der Bakteriostase-Kreise erhalten, der mit einem Messschieber gemessen wird, während drei Bakteriostase-Kreise wiederholt getestet werden.

Abbildung 6 zeigt die Durchmesser der Bakteriostase-Kreise im Vergleich zur hydrothermalen Reaktionszeit für 150 Zyklen von ALD-ZnO-Keimen. Es ist zu bemerken, dass der Kreis zusammen mit der hydrothermalen Prozessperiode groß wird. Es zeigt sich, dass die seerosen- und raupenähnlichen hierarchischen Nanostrukturen eine unterschiedliche Rolle bei der antibakteriellen Aktivität spielen. Der Durchmesser für seerosenähnliche hierarchische Nanostrukturen beträgt 1,03 mm, für die raupenähnlichen jedoch 1,5 mm. Sogar die chemischen Komponenten von ZnO sind in 3 und 6 h unterschiedlich, wie Abb. 4c, d zeigt, und die Durchmesser von 1,50 bzw. 1,53 mm, die das antibakterielle Mittel widerspiegeln, sind ähnlich. Daraus können wir schließen, dass raupenähnliche NRs aufgrund der größeren Hemmzone bessere antibakterielle Aktivitäten haben als seerosenähnliche NRs, aber es ist bis jetzt nicht klar, ob die NR-Strukturen oder chemische Komponenten die wesentliche Rolle auf dem ZnO-Antibiotikum spielen.

Die Durchmesser der Bakteriostase-Kreise im Vergleich zur hydrothermalen Reaktionszeit bei 150 Zyklen von ALD ZnO

Schlussfolgerungen

Zusammenfassend haben wir die Morphologien von ZnO-NRs nach der ALD-Keimschicht und dann der hydrothermalen Reaktion auf gesponnenen PA 6 NFs untersucht. Wir fanden, dass zwei hierarchische NRs, Seerosen- und Raupen-ähnliche hierarchische, auf NFs gezüchtet wurden, aber sowohl von ALD-Zyklen als auch von der hydrothermalen Reaktionszeit abhängig waren. ALD-Zyklen beeinflussten die Bildung einer kontinuierlichen oder diskontinuierlichen ZnO-Keimschicht auf NFs signifikant, während die hydrothermale Reaktionsperiode die Kristallorientierung und die chemischen Komponenten dominierte. Bei kleinen ALD-Zyklen verursachte die diskontinuierliche Schicht von ZnO-Keimen eine Vielzahl von Ablösungen, Auflösung und Agglomeration von ZnO-Kernen. Als Ergebnis bildeten die verzweigten ZnO-NWs aus der Agglomeration von ZnO-NPs während des hydrothermalen Prozesses seerosenartige hierarchische Strukturen. Bei einer kontinuierlichen Saatschicht hingegen, wie etwa 100 und 150 Zyklen von ALD ZnO, bilden die ZnO-NRs raupenähnliche hierarchische Strukturen. Das XRD-Muster zeigte deutlich, dass der hydrothermale Prozess die Kristallographie von ZnO beeinflusst. Nach antibakteriellen Tests gegen S. aureus , fanden wir, dass die raupenähnliche hierarchische Struktur eine bessere antibakterielle Aktivität zeigte als die seerosenähnliche hierarchische Struktur. Wir haben den genauen Grund nicht verstanden, aber die NR-Struktur und die chemische Komponente sollen für die hohe Effizienz verantwortlich sein.