本文公開了納米顆粒處理的纖維制品，例如織物、纖維、長絲和紗線，用于制備納米顆粒處理的纖維制品的組合物和方法，以及使用納米顆粒處理的纖維制品的方法。

背景技術(shù)：
各種納米顆粒材料在織物中和/或織物上的使用已經(jīng)被用于試圖賦予給定織物特定納米顆粒的特征優(yōu)點(diǎn)。術(shù)語“納米顆?！蓖ǔＪ侵妇哂行∮?00nm的最大尺寸的任何形狀的顆粒。作為示例，銀(ag)納米顆粒已經(jīng)施加到織物上以提供抗微生物、抗菌或其它相關(guān)性質(zhì)。

對(duì)于現(xiàn)有的納米顆粒處理織物有幾個(gè)顯著的問題。例如，沒有用于將納米顆?；旧嫌谰眯缘毓潭ㄔ诳椢锷系臋C(jī)制，納米顆粒提供的任何性能增強(qiáng)迅速喪失。相反，如果使用完全永久性的機(jī)制用于納米顆粒固定或連接，納米顆粒的特性可能由于這樣的固定被改變，并且它們的功效受到限制，因?yàn)榧{米顆粒不能如同被懸浮的非連接的顆粒那樣自由地相互作用。另外，將納米顆粒共價(jià)結(jié)合到纖維和織物表面是非常昂貴的。替代地，如果納米顆粒僅被封裝在聚合物或其它粘合劑材料中，則它們通常不可用于任何目的，直到粘合劑脫落，磨損或以其它方式暴露納米顆粒。

一方面維持所需的納米顆?；钚院土硪环矫婀潭{米顆粒之間的折衷已經(jīng)導(dǎo)致開發(fā)用于將金屬納米顆粒永久附著在織物上并且使用金屬納米顆粒作為提供所需效果的金屬陽離子源的方法。在銀(ag)納米顆粒的情況下尤其如此。實(shí)例包括如美國專利號(hào)6,607,994中的納米顆粒共價(jià)結(jié)合在纖維上，如美國專利公開號(hào)2009/0098366中那樣利用納米顆粒和織物之間的靜電相互作用，和如美國專利公開號(hào)2011/0110999那樣在織物纖維表面上生長銀納米顆粒。固定的銀(ag)納米顆?？梢砸源朔绞奖仁褂勉y(ag)線或其它大尺寸銀(ag)組分時(shí)更快速地產(chǎn)生銀離子(ag⁺)，并且以比用銀(ag)鹽浸漬織物具有顯著更加受控的方式。

無論這些現(xiàn)有技術(shù)解決方案中任何一種的具體結(jié)果或功效如何，各自最終依賴于將金屬陽離子釋放到局部環(huán)境中以提供任何抗微生物功效。不幸的是，這種金屬陽離子，包括重金屬陽離子，最終進(jìn)入更大的環(huán)境，由于它們根本和不加區(qū)別的毒性性質(zhì)而帶來不希望的后果。

在本領(lǐng)域中明顯不存在的是將納米顆粒應(yīng)用于纖維上的任何已知或提出的機(jī)制，使得期望的納米顆粒保持附著到纖維上，直到呈現(xiàn)出能夠克服將顆粒保持在織物表面上的粘合力的主動(dòng)傳送機(jī)制。納米顆粒對(duì)織物纖維的這種可釋放的附著將允許納米顆粒在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間進(jìn)入溶液而不依賴于離子釋放的機(jī)制以提供抗微生物功效。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本文公開了納米顆粒處理的具有抗微生物性質(zhì)的纖維制品，例如織物、纖維、長絲和紗線，和制備和使用納米顆粒處理的纖維制品的有關(guān)方法。

納米顆粒處理的纖維制品，例如織物、纖維、長絲和紗線，可以包括附著在其上的金屬納米顆粒，例如球形納米顆粒，其可以在沒有共價(jià)鍵、沒有離子鍵并且不被聚合物或粘合劑包封情況下保持牢固地附著在織物、纖維、長絲或紗線表面上。球形納米顆粒抵抗被使用水、溶劑、皂、洗滌劑、表面活性劑和機(jī)械攪拌中的一種或多種的常規(guī)洗滌或清潔方法洗滌掉。然而，當(dāng)納米顆粒被微生物接觸時(shí)，它們可以釋放到微生物中(例如通過主動(dòng)吸收或其它運(yùn)送機(jī)制)，然后殺死或變性微生物?？梢允褂梅乔蛐渭{米顆粒，例如珊瑚狀納米顆粒，優(yōu)選與球形納米顆粒一起使用。

根據(jù)一些實(shí)施方案，納米顆粒可以可釋放地附著到纖維制品上，使得它們在正常使用期間附著到纖維制品上，但仍然可用于微生物例如病毒、細(xì)菌和真菌。因?yàn)榧{米顆?；蚋街诶w維制品上的納米顆粒的結(jié)合都沒有顯示出明顯的陽離子生成，但是固定在纖維或織物上的銀(ag)納米顆粒仍然顯示出顯著的抗微生物功效，假定納米顆?？舍尫诺馗街诶w維制品上，直到例如由細(xì)菌提供的主動(dòng)吸收或其它運(yùn)送機(jī)制導(dǎo)致其去除。因?yàn)榧{米顆?？梢詮?qiáng)烈地附著到纖維制品，例如織物、纖維、長絲和紗線上，而不具有共價(jià)鍵、離子鍵或物理并入到聚合物或粘合劑中，由此得出結(jié)論：強(qiáng)烈地將納米顆粒粘附到纖維制品上的粘附力是范德華力。

納米顆粒處理的纖維制品的非限制性實(shí)例包括：(1)織物、纖維、長絲或紗線和(2)多個(gè)非共價(jià)地固定在織物、纖維、長絲或紗線上的暴露的非離子金屬納米顆粒?！氨┞丁钡募{米顆粒是未被包封在另一種物質(zhì)如聚合物或粘合劑中的納米顆粒。

納米顆粒處理的纖維制品的制備方法的非限制性實(shí)例包括：(1)將由液體載體和多個(gè)非離子金屬納米顆粒組成的納米顆粒組合物施加到纖維制品如織物、纖維、長絲或紗線上，和(2)除去液體載體以產(chǎn)生納米顆粒處理的纖維制品，其中非離子金屬納米顆粒暴露并非共價(jià)地固定在纖維制品上。

納米顆粒處理的纖維制品的使用方法的非限制性實(shí)例包括：(1)提供由(a)織物、纖維、長絲或紗線和(b)非共價(jià)地固定到織物、纖維、長絲或紗線上的多個(gè)暴露的非離子金屬納米顆粒組成的納米顆粒處理的纖維制品；(2)將納米顆粒處理的纖維制品暴露于微生物；(3)微生物從纖維制品中選擇性地去除一部分暴露的非離子金屬納米顆粒；和(4)金屬納米顆粒殺死或變性微生物。

在一些實(shí)施方案中，納米顆粒處理的材料表現(xiàn)出抗氣味性質(zhì)。例如，一些實(shí)施方案包括提供抗微生物功能的多個(gè)銀納米顆粒(其減少或消除引起氣味的分子的微生物產(chǎn)生)和提供另外獨(dú)立的抗氣味功能來源(例如，通過催化胺、硫化物、有機(jī)分子和其他臭味分子的破壞或分解)的多個(gè)金納米顆粒。

在一些實(shí)施方案中，納米顆粒處理的材料表現(xiàn)出改善的耐久性和色牢固性質(zhì)。例如，一些實(shí)施例包括被配置以引起入射到被處理材料上的紫外線(uv)光(例如從太陽光)相移(例如朝向光譜的紅端)的多個(gè)納米顆粒(例如金納米顆粒)。相關(guān)的紫外線防護(hù)可以有益地提高納米顆粒處理材料的強(qiáng)度、耐久性和色牢度。

在一些實(shí)施方案中，納米顆粒處理的材料表現(xiàn)出改善的干燥/除濕性質(zhì)。例如，納米顆粒處理的材料中的納米顆?？梢蕴峁┯糜诟稍锏脑黾拥谋砻娣e和/或可以改變經(jīng)處理的材料的發(fā)射率，從而導(dǎo)致更大程度上從處理的材料中除去水分。增加發(fā)射率還可以產(chǎn)生更快速地輻射熱量或失去熱量并且感覺到觸摸更涼爽的織物或材料。

在一些實(shí)施方案中，納米顆粒處理的材料表現(xiàn)出輻射防護(hù)性能。例如，一些實(shí)施方案包括被配置以吸收有害輻射(例如α粒子、β粒子和/或γ輻射)的多個(gè)納米顆粒(例如鈹和/或金)，從而減少或消除通過納米顆粒處理的材料的輻射量。

在一些實(shí)施方案中，納米顆粒處理的材料降低或消除對(duì)雷達(dá)、紅外和/或其它檢測方法的可見性。例如，一些實(shí)施方案包括被配置以吸收雷達(dá)和/或其它檢測信號(hào)的多個(gè)納米顆粒(例如鈷納米顆粒)，從而使納米顆粒處理的材料對(duì)檢測不可見或不太可見。

在一些實(shí)施方案中，納米顆粒處理的材料形成為導(dǎo)電材料。例如，多個(gè)導(dǎo)電金屬納米顆粒可以嵌入在纖維制品內(nèi)以向纖維制品提供導(dǎo)電性能?？梢酝ㄟ^例如調(diào)整所使用的納米顆粒的類型和組成、納米顆粒的濃度和/或納米顆粒在整個(gè)纖維制品中的分布來調(diào)節(jié)導(dǎo)電性能。在一個(gè)實(shí)施方案中，導(dǎo)電纖維制品可以用于基于材料導(dǎo)電性的變化來檢測纖維中的斷裂和/或纖維集合中的斷裂水平的應(yīng)用。

在一些實(shí)施方案中，在將母料加工成纖維、織物、家具裝飾用品(upholsteries)、紗線、長絲等(例如，對(duì)于聚酯、尼龍、丙烯酸類和其它合成織物)之前，可以將多個(gè)納米顆粒加入到母料中。在這樣的實(shí)施方案中，添加到母料中的納米顆?？梢郧度胨玫降目椢镏小Ｔ谝恍?shí)施方案中，可以通過將納米顆粒混合在乙二醇載體或類似載體(例如其它醇，特別是其它二醇)中并將所得溶液加入到母料中而將納米顆粒加入到母料中。所得溶液可以具有下限為約1ppm、3ppm、5ppm、10ppm、15ppm或25ppm和上限為約50ppm、100ppm、200ppm、300ppm、400ppm或500ppm的納米顆粒濃度，或者可以具有例如在上述任何上限和下限范圍內(nèi)的濃度。

本發(fā)明的這些和其他優(yōu)點(diǎn)和特征將部分地在下面的描述中闡述，并且部分地在對(duì)后面內(nèi)容審查時(shí)對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員變得顯而易見或者可以通過本發(fā)明的實(shí)踐中了解。

附圖說明

圖1是用于處理纖維制品的示例性球形金屬納米顆粒的透射電子顯微鏡圖像(tem)，所述納米顆粒具有基本均勻的尺寸和窄的粒度分布；

圖2a-2e是用于處理纖維制品的示例性珊瑚狀金屬納米顆粒的透射電子顯微鏡圖像(tem)；

圖3示意性地示出纖維制品表面和固定在其上的多個(gè)球形納米顆粒；

圖4是顯示強(qiáng)烈固定在纖維制品表面上而沒有共價(jià)或離子鍵的球形金屬納米顆粒的理論模型；

圖5示意性地示出了接近纖維制品表面并去除一部分球形納米顆粒的微生物；

圖6示意性地示出了二硫鍵被相鄰的球形納米顆粒催化變性的微生物蛋白質(zhì)；和

圖7示意性地示出了具有二硫鍵的哺乳動(dòng)物蛋白質(zhì)，所述二硫鍵被屏蔽以便抵抗被相鄰的球形納米顆粒催化變性。

具體實(shí)施方式可以用非離子金屬納米顆粒處理纖維制品，例如織物、纖維、長絲和紗線，以賦予抗微生物性能和/或其它所需的屬性，例如傳熱性能。任何已知的織物、纖維、長絲或紗線都可以用非離子金屬納米顆粒處理，例如由天然或合成材料制成的那些。

根據(jù)一些實(shí)施方案，納米顆粒處理的纖維制品包括(1)織物、纖維、長絲或紗線和(2)多個(gè)非共價(jià)地固定在織物、纖維、長絲或紗線上的暴露的非離子金屬納米顆粒。“暴露”的納米顆粒是未被包封在另一種物質(zhì)如聚合物或粘合劑中的納米顆粒。纖維制品可以包括任何已知的纖維材料，例如有機(jī)纖維。實(shí)例包括天然纖維(例如各種植物纖維或甚至動(dòng)物衍生的纖維)和合成纖維(例如由本領(lǐng)域已知的各種合成聚合物制成)。

非離子金屬納米顆粒可以通過范德華力非共價(jià)地固定在纖維制品上，并且當(dāng)暴露于水、皂、表面活性劑和溶劑時(shí)可以保持固定在纖維制品上，但當(dāng)被微生物如病毒、細(xì)菌或真菌接觸時(shí)被選擇性除去。在一些實(shí)施方案中，球形金屬納米顆?？梢酝ㄟ^范德華力牢固地固定在纖維制品表面上。類似地，范德華力也可以作用于將珊瑚狀納米顆粒附著到纖維制品表面，盡管可能不像球形納米顆粒那樣牢固。

根據(jù)一些實(shí)施方案，納米顆粒處理的纖維制品包括(1)織物、纖維、長絲或紗線和(2)多個(gè)嵌入的非離子金屬納米顆粒。例如，可以在將母料加工成纖維制品之前將金屬納米顆粒加入到母料中。

納米顆粒構(gòu)型

已經(jīng)發(fā)現(xiàn)特別可用于處理纖維制品例如織物、纖維、長絲和紗線的納米顆粒包括球形金屬納米顆粒，特別是具有約40nm或更小直徑的球形納米顆粒，尤其是具有窄粒度分布的球形納米顆粒。美國專利公開號(hào)2003/0001833(“niedermeyer公開”)中描述了球形金屬納米顆粒的實(shí)例和用于制造具有受控粒度和/或窄粒度分布的基本上球形的納米顆粒的方法和系統(tǒng)，該專利公開通過引用并入本文。

圖1是使用niedermeyer公開的方法和系統(tǒng)制造的示例性球形金屬納米顆粒的透射電子顯微鏡圖像(tem)。所示的納米顆粒是具有基本均勻尺寸的球形銀(ag)納米顆粒，其平均直徑約10nm和粒度分布窄。

根據(jù)一些實(shí)施方案，球形納米顆?？梢跃哂泄腆w芯而不是中空的，如通常在非金屬種子納米顆粒(例如二氧化硅)的表面上形成的常規(guī)金屬納米顆粒的情況那樣，其隨后被除去以產(chǎn)生中空納米球。提供實(shí)體而不是中空的納米顆粒增強(qiáng)了它們非共價(jià)和非離子地固定在纖維制品表面上的能力。

根據(jù)一些實(shí)施方案，球形金屬納米顆粒僅包括內(nèi)角并且沒有成角度的邊緣或外部鍵角，這兩者都可以促進(jìn)點(diǎn)電荷的電離和積聚。這樣的納米顆?？梢员憩F(xiàn)出高ξ電位，這允許球形納米顆粒保持分散在極性溶劑中而不用表面活性劑，這是令人驚訝和預(yù)期的結(jié)果。相反，當(dāng)形成點(diǎn)電荷時(shí)，靜電力將主導(dǎo)納米顆粒與纖維制品表面之間的相互作用。一旦靜電力起作用，納米顆粒相對(duì)于纖維制品表面的取向?qū)⑼耆赡切╈o電力決定。一旦這些靜電力被中和，無論是通過表面化學(xué)、表面活性劑(洗滌劑)、靜電荷還是其它外力，將顆粒保持在纖維制品表面的粘合力將喪失或甚至反轉(zhuǎn)，產(chǎn)生排斥力，和將會(huì)丟失在納米顆粒和纖維制品表面之間的相互作用。

除了球形金屬納米顆粒之外，可能期望使用具有受控粒度和/或窄粒度分布的珊瑚狀納米顆粒，例如在2014年9月23日以“williamniedermeyer”(“niedermeyer申請(qǐng)”)名義提交的美國臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?2/054,126中描述的那些，該申請(qǐng)通過引用并入本文。

圖2a至2e是使用niedermeyer申請(qǐng)的方法和系統(tǒng)制造的示例性珊瑚狀金屬納米顆粒的透射電子顯微鏡圖像(tem)。珊瑚狀金屬納米顆?？删哂胁痪鶆虻臋M截面和球形結(jié)構(gòu)，所述球形結(jié)構(gòu)由連接在一起而沒有直角的多個(gè)非線性的鏈形成。類似于球形納米顆粒，沒有外部鍵角或邊緣的珊瑚狀納米顆粒也可以表現(xiàn)出高ξ電位，這是令人驚訝和預(yù)期的結(jié)果。珊瑚狀納米顆粒也可以類似于球形納米顆粒通過范德華力固定在織物、纖維、長絲和紗線上，但通常不那么牢固，并且可以賦予織物、纖維、長絲和紗線所需的性能。此外，珊瑚狀納米顆粒可以幫助和/或增加球形納米顆粒均勻地固定在織物、纖維、長絲或紗線表面上。

非離子金屬納米顆粒可以包括任何所需的金屬、金屬混合物或金屬合金，包括銀、金、鉑、鈀、銠、鋨、釕、銠、錸、鉬、銅、鐵、鎳、錫、鈹、鈷、銻、鉻、錳、鋯、錫、鋅、鎢、鈦、釩、鑭、鈰、其異質(zhì)混合物或其合金中的至少一種。

根據(jù)一些實(shí)施方案，可用于制備納米顆粒處理的纖維制品例如織物、纖維、長絲和紗線的非離子金屬納米顆粒包含球形納米顆粒，優(yōu)選具有實(shí)芯的球形金屬納米顆粒。在一些實(shí)施方案中，球形金屬納米顆粒可以具有約40nm或更小，約35nm或更小，約30nm或更小，約25nm或更小，約20nm或更小，約15nm或更小，約10nm或更小，約7.5nm或更小，或約5nm或更小的直徑。在一些實(shí)施方案中，球形納米顆粒可以具有這樣的粒度分布，其使得至少99％的納米顆粒的直徑在納米顆粒平均直徑的30％內(nèi)，或在平均直徑的20％內(nèi)，或在平均直徑的10％內(nèi)。在一些實(shí)施方案中，球形納米顆粒可以具有平均粒度，并且至少99％的納米顆粒具有的粒度在平均直徑的±3nm以內(nèi)，平均直徑的±2nm以內(nèi)或平均直徑的±1nm以內(nèi)。在一些實(shí)施方案中，球形納米顆粒可以具有至少10mv，優(yōu)選至少約15mv，更優(yōu)選至少約20mv，甚至更優(yōu)選至少約25mv，和最優(yōu)選至少約30mv的ξ電位。

根據(jù)一些實(shí)施方案，納米顆?？梢园汉鳡罴{米顆粒，例如具有不均勻橫截面和由連接在一起而沒有直角的多個(gè)非線性的鏈形成的球形結(jié)構(gòu)的顆粒。珊瑚狀納米顆?？梢跃哂屑s15nm至約100nm，或約25nm至約95nm，或約40nm至約90nm，或約60nm至約85nm，或約70nm至約80nm的長度。珊瑚狀納米顆?？梢跃哂羞@樣的粒度分布，其使得至少99％的納米顆粒具有的長度在平均長度的30％內(nèi)，或在平均長度的20％內(nèi)，或在平均長度的10％內(nèi)。在一些實(shí)施方案中，珊瑚狀納米顆粒可以具有至少10mv，優(yōu)選至少約15mv，更優(yōu)選至少約20mv，甚至更優(yōu)選至少約25mv，和最優(yōu)選至少約30mv的ξ電位。

在一些實(shí)施方案中，納米顆粒處理的纖維制品可以包括球形和珊瑚狀納米顆粒二者(例如，球形納米顆粒可以包含銀納米顆粒，并且珊瑚狀納米顆?？梢园鸺{米顆粒)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，球形納米顆?；旧匣蛲耆摄y(ag)納米顆粒組成。在使用珊瑚狀納米顆粒的情況下，它們可以基本上或全部由金(au)納米顆粒組成。在一些實(shí)施方案中，球形納米顆粒可以包含銀和金的合金或混合物。

納米顆粒組合物可以僅包含球形金屬納米顆粒，僅包含珊瑚狀金屬納米顆粒，或球形和珊瑚狀金屬納米顆粒二者。在一些情況下，與珊瑚狀金屬納米顆粒相比，球形金屬納米顆粒更牢固地固定在纖維制品上。然而，珊瑚狀金屬納米顆?？梢杂兄趯⑶蛐谓饘偌{米顆粒固定在纖維制品上。在一些實(shí)施方案中，用于處理到織物或纖維上的球形納米顆粒與珊瑚狀納米顆粒的質(zhì)量比可以在約1:1至約50:1，或約2.5:1至約25:1，或約5:1至約20:1，或約7.5:1至約15:1，或約9:1至約11:1的范圍內(nèi)，或約10:1。用于處理到織物或纖維上的球形納米顆粒與珊瑚狀納米顆粒的顆粒數(shù)比可以在約10:1至約500:1，或約25:1至約250:1，或約50:1至約200:1，或約75:1至約150:1，或約90:1至約110:1的范圍內(nèi)，或約100:1。

可釋放地固定到纖維制品上

球形或基本上為球形的納米顆粒的優(yōu)點(diǎn)在于，它們可以靠近織物、纖維、長絲或紗線表面而沒有局部點(diǎn)電荷力。這允許納米顆粒進(jìn)入范德華力的范圍內(nèi)，總的力相對(duì)于納米顆粒與纖維制品表面之間的距離相反地增加。經(jīng)驗(yàn)測試驗(yàn)證了納米顆粒和纖維制品表面之間的粘合力的強(qiáng)度，試驗(yàn)表明納米顆粒通過常規(guī)應(yīng)用保持固定在纖維制品表面，包括施加的摩擦力、使用標(biāo)準(zhǔn)織物洗滌劑的多次洗滌循環(huán)和來自干衣機(jī)的熱(超過50次洗滌和干燥循環(huán))。

舉例來說，在傳統(tǒng)的洗衣機(jī)和烘干機(jī)中將含有固定在表面上的球形納米顆粒的織物經(jīng)歷50次洗滌和干燥循環(huán)。在洗滌水中沒有檢測到離子銀(ag⁺)。因?yàn)榍蛐渭{米顆粒緊密地固定在織物上而沒有共價(jià)鍵和離子鍵，并且不嵌入織物內(nèi)或涂層基質(zhì)內(nèi)，仍能夠在洗滌和加熱干燥時(shí)抵抗被去除，所以假設(shè)它們是非離子的，沒有點(diǎn)電荷，并通過范德華力固定在織物、纖維、長絲或紗線上。

圖3示意性地示出了納米處理的織物、纖維、長絲或紗線400，其包括纖維制品表面402和固定到其上的多個(gè)球形納米顆粒404。球形納米顆粒404優(yōu)先以基本均勻的濃度或分布固定到纖維制品表面402，以便在整個(gè)纖維制品中提供相似的性質(zhì)。根據(jù)一些實(shí)施方案，納米顆粒的濃度通常為每碼(yard)織物約0.1mg至約1mg。

圖4是顯示牢固固定在纖維制品表面502上而沒有共價(jià)或離子鍵的球形金屬納米顆粒的理論模型。假設(shè)當(dāng)暴露的非離子的球形金屬納米顆粒504在纖維制品表面502的距離d(例如對(duì)于銀(ag)納米顆粒為約35nm)內(nèi)時(shí)，表面502將“納米顆?！币暈槠教沟募?xì)長表面而不是球形。如果球形金屬納米顆粒504作為球形而不是平坦表面與纖維制品表面502相互作用，則最接近纖維制品表面502的球形納米顆粒的僅僅幾個(gè)原子將被范德華力吸引，并且作用于其他原子的力將迅速下降。在這種情況下，納米顆粒相對(duì)高的質(zhì)量將克服并壓倒施加到最接近原子的相對(duì)小的范德華力，并且納米顆粒將容易脫落。然而，相反因?yàn)榧{米顆粒504緊密地固定在纖維制品表面502上，所以納米顆粒504顯然與表面502以被看作是擴(kuò)大的平坦表面的方式相互作用。范德華力對(duì)整個(gè)平坦表面起到基本相等的吸引力，這大大增強(qiáng)了用于固定納米顆粒504的有吸引力的范德華力的大小，并且納米顆粒504相反緊密地固定在纖維制品表面502上。這已被經(jīng)驗(yàn)顯示是真實(shí)的。此外，數(shù)學(xué)計(jì)算預(yù)測，實(shí)體球形金屬納米顆?？梢砸詧D4所示的方式表現(xiàn)并與表面相互作用。

主動(dòng)運(yùn)送機(jī)制

納米顆粒處理的纖維制品可以涂覆有通常均勻分布的納米顆粒，其將保留在纖維制品表面上，直到呈現(xiàn)能夠克服吸引力的主動(dòng)吸收或其它運(yùn)送機(jī)制。當(dāng)微生物(例如病毒、細(xì)菌或真菌)與納米顆粒處理的纖維制品接觸使得微生物物理接觸至少一個(gè)納米顆粒時(shí)，產(chǎn)生主動(dòng)吸收或其它運(yùn)送機(jī)制。因?yàn)閱蝹€(gè)納米顆粒比微生物特別是細(xì)菌和真菌小得多，微生物主動(dòng)從其環(huán)境中吸收材料，并且單個(gè)納米顆粒沒有共價(jià)結(jié)合或物理引入到制品的纖維結(jié)構(gòu)中，納米顆?？梢员恢鲃?dòng)吸收或從纖維制品的表面輸送到微生物中，其中適當(dāng)選擇的顆?？梢詺⑺阑驕缁钗⑸铩?/p>

盡管通過范德華力緊密地保持在纖維制品表面上的納米顆粒已被表明可承受典型的環(huán)境力并且將通過正?；顒?dòng)而保留在纖維制品表面上，納米顆粒和纖維制品表面之間的吸引力不是永久性的和不可克服的，例如在共價(jià)鍵中，或其中顆粒結(jié)合在織物的結(jié)構(gòu)內(nèi)或涂層的基質(zhì)中。結(jié)果，可以克服固定納米顆粒的粘合力，并且當(dāng)顆粒與呈現(xiàn)主動(dòng)運(yùn)送機(jī)制的其它表面如細(xì)菌、真菌或甚至病毒相互作用時(shí)，可以釋放納米顆粒。這些微生物具有與通常與織物、纖維、長絲或紗線所接觸的人和哺乳動(dòng)物細(xì)胞典型的那些例如毛發(fā)和皮膚不同的細(xì)胞組成和細(xì)胞壁功能。

圖5示意性地示出了所提出的模型，通過該模型，接近具有固定在其上的球形納米顆粒604的纖維制品表面602的微生物608可以從纖維制品表面602例如通過主動(dòng)吸收或其它運(yùn)送機(jī)制去除一個(gè)或多個(gè)球形納米顆粒604。去除的納米顆粒604可以自由地移動(dòng)通過微生物608的內(nèi)部606，并與一種或多種重要的蛋白質(zhì)或酶610接觸，它們?nèi)绻冃裕瑢?huì)殺死或使微生物失去能力。

抗微生物活性

納米顆?？梢詺⑺阑蜃冃晕⑸锏囊环N方法是通過催化重要蛋白質(zhì)或酶中二硫(s-s)鍵的裂解。圖6示意性地示出了具有二硫鍵的微生物蛋白質(zhì)或酶710，所述二硫鍵被相鄰的球形納米顆粒704催化變性以產(chǎn)生變性蛋白質(zhì)或酶712。在細(xì)菌或真菌的情況下，細(xì)胞內(nèi)部可能發(fā)生重要蛋白質(zhì)或酶的二硫鍵的裂解和/或重要蛋白質(zhì)或酶的其它化學(xué)鍵的裂解，從而以這種方式殺死微生物。通過微生物的通常簡單的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)促進(jìn)二硫(s-s)鍵的這種催化裂解，其中許多重要的二硫鍵暴露并且易于被催化裂解。

金屬(例如銀)納米顆?？梢詺⑺牢⑸锏牧硪粰C(jī)制是通過產(chǎn)生活性氧物質(zhì)，例如過氧化物，其可以氧化裂解蛋白質(zhì)鍵，包括但不限于酰胺鍵。

在病毒的情況下，球形和珊瑚狀金屬納米顆粒可以通過附著到糖蛋白上和/或催化蛋白質(zhì)衣殼中的蛋白質(zhì)變性反應(yīng)來使病毒滅活，使得病毒不再能附著于宿主細(xì)胞和/或?qū)⑦z傳物質(zhì)注入宿主細(xì)胞。因?yàn)榉浅Ｐ〉募{米顆粒可以通過病毒，在病毒內(nèi)部可能發(fā)生蛋白質(zhì)衣殼的變性。使得不能附著于宿主細(xì)胞和/或?qū)⑦z傳物質(zhì)注入宿主細(xì)胞的病毒基本上是無活性的并且不再致病。

盡管非離子金屬納米顆粒相對(duì)于微生物具有致死性，它們對(duì)于與其中大部分或全部重要二硫鍵被蛋白質(zhì)的其他更穩(wěn)定的區(qū)域屏蔽的簡單微生物相比含有復(fù)雜得多的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的人類、哺乳動(dòng)物和健康的哺乳動(dòng)物細(xì)胞而言可能相對(duì)無害。圖7示意性地示出了具有二硫(s-s)鍵的哺乳動(dòng)物蛋白質(zhì)810，所述二硫鍵被屏蔽以便抵抗被相鄰的球形納米顆粒804催化變性。在許多情況下，非離子納米顆粒不與人或哺乳動(dòng)物細(xì)胞相互作用或不附著到人或哺乳動(dòng)物細(xì)胞上，而保持在流體流動(dòng)中并且跟隨流體流動(dòng)，不會(huì)越過屏障，保留在血管系統(tǒng)中，并且可以快速安全地通過尿液排出而不損害腎臟或其他細(xì)胞。

在銀(ag)納米顆粒的特定情況下，微生物中的銀(ag)納米顆粒的相互作用已經(jīng)被證明是特別致命的，而不需要依賴于銀離子(ag⁺)的產(chǎn)生來提供所需的抗微生物效果，如通常的常規(guī)膠體銀處理織物中的情況那樣。此外，固定的金屬納米顆粒優(yōu)先直接被釋放到微生物細(xì)胞中的能力使?jié)撛谟卸镜慕饘訇栯x子到局部和較大環(huán)境中的釋放最小化。銀(ag)納米顆粒固定到纖維制品上同時(shí)提供有效的微生物控制而沒有將有毒的銀離子(ag⁺)顯著釋放到周圍環(huán)境中的能力是本領(lǐng)域的實(shí)質(zhì)進(jìn)步。

可以選擇顆粒的尺寸以靶向和殺死特定類型的微生物。例如，可以將納米顆粒尺寸優(yōu)化以選擇性地靶向和殺死某些微生物。作為示例，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)直徑小于約8nm(例如約1-7nm，或約2-6.5nm，或約3-6nm)的納米顆粒對(duì)殺死病毒是有效的，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)直徑約3-14nm(例如約5-13nm，或約7-12nm，或約8-10nm)的納米顆粒對(duì)殺死細(xì)菌是有效的，并且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)直徑約為9-20nm(例如約10-18nm，或約11-16nm，或約12-15nm)的納米顆粒對(duì)殺真菌是有效的。在上述范圍內(nèi)，可能存在殺死特定類型的病毒、細(xì)菌或真菌最有效的納米顆粒的特定尺寸。例如，亞微米尺寸的金屬納米顆粒(例如，直徑為約0.4nm的金納米顆粒)由于具有奇秒的細(xì)長和環(huán)狀構(gòu)型在殺死埃博拉病毒方面可能是最有效的。

其它示例性有益性質(zhì)

除了為纖維制品，例如織物、纖維、長絲和紗線提供減少或消除氣味和殺死潛在危險(xiǎn)的病原體的抗微生物性質(zhì)的之外，納米顆粒還可以賦予高溫轉(zhuǎn)移性質(zhì)，產(chǎn)生使穿戴者感覺涼爽的衣物和其它纖維制品。如本文所公開的用非離子金屬納米顆粒處理的纖維制品可以具有改進(jìn)的熱力學(xué)傳熱性能，例如增加的對(duì)流(例如增加的水蒸發(fā))和增加的熱散發(fā)性(例如熱輻射)。與未處理的織物相比，納米顆粒處理的織物和其它纖維制品可以更快地將熱量移到周圍環(huán)境。另外，雖然如本文所公開的納米顆粒處理的纖維制品類似于用膠體銀處理的常規(guī)織物提供了改善的對(duì)流性質(zhì)，但是熱散發(fā)性的增加需要并且僅由窄粒度分布的球形納米顆粒提供。這是一個(gè)令人驚訝和意想不到的結(jié)果。

在一些實(shí)施方案中，納米顆粒處理的織物表現(xiàn)出抗氣味性質(zhì)。例如，一些實(shí)施方案包括提供抗微生物功能的多個(gè)銀納米顆粒(其減少或消除引起氣味分子的微生物產(chǎn)生)和提供另外獨(dú)立的抗氣味功能來源(例如，通過催化胺、硫化物、有機(jī)分子和其他臭味分子的破壞)的多個(gè)金納米顆粒。

在一些實(shí)施方案中，納米顆粒處理的織物表現(xiàn)出改善的耐久性和色牢固性質(zhì)。例如，一些實(shí)施方案包括被配置以引起入射到被處理織物上的紫外線光相移(例如朝向光譜的紅端)的多個(gè)納米顆粒(例如金納米顆粒)。相關(guān)的紫外線防護(hù)可以有益地提高納米顆粒處理織物的強(qiáng)度、耐久性和色牢度。

在一些實(shí)施方案中，納米顆粒處理的織物表現(xiàn)出改善的干燥/除濕性質(zhì)。例如，納米顆粒處理的織物中的納米顆?？梢蕴峁┯糜诟稍锏脑黾拥谋砻娣e和/或可以改變經(jīng)處理的織物的發(fā)射率，從而導(dǎo)致更大程度上從處理的織物中除去水分。

在一些實(shí)施方案中，納米顆粒處理的材料表現(xiàn)出輻射防護(hù)性能。例如，一些實(shí)施方案包括被配置以吸收有害輻射(例如α粒子、β粒子和/或γ輻射)的多個(gè)納米顆粒(例如鈹和/或金)，從而減少或消除通過納米顆粒處理的材料的輻射量。

在一些實(shí)施方案中，納米顆粒處理的材料降低或消除對(duì)雷達(dá)、紅外和/或其它檢測方法的可見性。例如，一些實(shí)施方案包括被配置以吸收雷達(dá)和/或其它檢測信號(hào)的多個(gè)納米顆粒(例如鈷納米顆粒)，從而使納米顆粒處理的材料對(duì)檢測不可見或不太可見。

在一些實(shí)施方案中，納米顆粒處理的材料形成為導(dǎo)電材料。例如，多個(gè)導(dǎo)電金屬納米顆?？梢郧度朐诶w維制品內(nèi)以向纖維制品提供導(dǎo)電性能?？梢酝ㄟ^例如調(diào)整所使用的納米顆粒的類型和組成、納米顆粒的濃度和/或納米顆粒在整個(gè)纖維制品中的分布來調(diào)節(jié)導(dǎo)電性能。在一個(gè)實(shí)施方案中，導(dǎo)電纖維制品可以用于基于材料導(dǎo)電性的變化來檢測纖維中的斷裂和/或纖維集合中的斷裂水平的應(yīng)用。

制備和使用方法

根據(jù)一些實(shí)施方案，制備納米顆粒處理的纖維制品的方法包括：(1)將由液體載體和多個(gè)非離子金屬納米顆粒組成的納米顆粒組合物施加到纖維制品如織物、纖維、長絲或紗線上，和(2)除去液體載體以產(chǎn)生納米顆粒處理的纖維制品，其中非離子金屬納米顆粒暴露并非共價(jià)地固定在纖維制品上。在一些實(shí)施方案中，至少一部分非離子金屬納米顆?？梢酝ㄟ^范德華力非共價(jià)固定在纖維制品上。

根據(jù)一些實(shí)施方案，液體載體包括非極性液體、有機(jī)溶劑、極性液體或含水液體中的一種或多種。合適的液體載體的實(shí)例包括水、甲醇、乙醇、異丙醇、其它醇、丙酮、酮、醛和乙酸乙酯。

在一些情況下，液體載體為揮發(fā)性的可能是所希望的，使得當(dāng)將納米顆粒組合物施用于纖維制品時(shí)，揮發(fā)性液體載體可以通過蒸發(fā)而不是穿過或經(jīng)過被處理的表面去除，穿過或經(jīng)過被處理的表面可能帶走納米顆粒并阻止粘附于表面。根據(jù)一些實(shí)施方案，通過蒸發(fā)有利地除去揮發(fā)性液體載體，同時(shí)將納米顆粒組合物施用于纖維制品上。例如，納米顆粒組合物可以通過干霧化施用于織物或其它纖維制品?；蛘撸梢酝ㄟ^浸漬然后快速干燥揮發(fā)性液體而施用納米顆粒組合物，以留下足夠的納米顆粒殘留?？梢灾貜?fù)施用過程以產(chǎn)生具有所需納米顆粒濃度的織物或其它纖維制品。

根據(jù)一些實(shí)施方案，由乙醇和球形金屬納米顆粒組成并且沒有任何表面活性劑的納米顆粒組合物通過噴灑和同時(shí)蒸發(fā)乙醇而施用于織物或其它纖維制品上，以用球形金屬納米顆粒涂覆織物或其它纖維制品表面，其中球形金屬納米粒子通過范德華力牢固地固定。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方案，還可以包括珊瑚狀金屬納米顆粒，以便幫助將球形金屬納米顆粒攜帶并附著到織物或其它纖維制品表面。在施用和干燥溶劑之后，與球形金屬納米顆粒相比，珊瑚狀金屬納米顆粒可能較不牢固地附著于纖維制品。在一些情況下，可以選擇性地去除珊瑚狀納米顆粒，例如用于重新使用，同時(shí)將球形納米顆粒置于適當(dāng)位置。

在一些實(shí)施方案中，在將母料加工成纖維、織物、家具裝飾用品、紗線、長絲等(例如，對(duì)于聚酯、尼龍、丙烯酸類和其它合成織物)之前，可以將多個(gè)納米顆粒加入到母料中。在這樣的實(shí)施方案中，添加到母料中的納米顆粒可以嵌入所得到的織物中。在一些實(shí)施方案中，可以通過將納米顆?；旌显谝叶驾d體或類似載體(例如其它醇，特別是其它二醇)中并將所得溶液加入到母料中而將納米顆粒加入到母料中。所得溶液可以具有下限為約1ppm、3ppm、5ppm、10ppm、15ppm或25ppm和上限為約50ppm、100ppm、200ppm、300ppm、400ppm或500ppm的納米顆粒濃度，或者可以具有例如在上述任何上限和下限范圍內(nèi)的濃度。

在一些實(shí)施方案中，其中非離子金屬納米顆粒暴露并非共價(jià)地固定在纖維制品上的制造方法可用于抗微生物應(yīng)用或其它應(yīng)用，其中至少一些金屬納米顆粒可拆卸地固定在例如經(jīng)處理的纖維制品上可能是有利的。在一些實(shí)施方案中，其中至少一些非離子金屬納米顆粒嵌入纖維制品中(例如，在母料加工之前與母料混合)的制造方法可用于例如抗輻射、抗雷達(dá)和/或?qū)щ娍椢飸?yīng)用。上述制造方法可以組合、改變和/或調(diào)整以滿足需要和偏好。

根據(jù)一些實(shí)施方案，使用納米顆粒處理的纖維制品的方法包括：(1)提供本文所述的納米顆粒處理的纖維制品，例如納米顆粒處理的織物、纖維、長絲或紗線；(2)將納米顆粒處理的纖維制品暴露于微生物；(3)微生物從纖維制品中選擇性地去除一部分暴露的非離子金屬納米顆粒；和(4)金屬納米顆粒殺死或變性微生物。

納米顆粒處理的纖維制品可以進(jìn)一步暴露于水、皂、表面活性劑或溶劑中的一種或多種；然而，除了微生物接觸之外，金屬納米顆?？梢员３指街诶w維制品。在金屬納米顆粒包括球形和珊瑚狀納米顆粒二者的情況下，球形金屬納米顆?？梢员壬汉鳡罱饘偌{米顆粒更牢固地固定在纖維制品表面上。當(dāng)將納米顆粒處理的纖維制品暴露于水、皂、表面活性劑或溶劑中的一種或多種時(shí)，球形金屬納米顆?？梢员３指街诳椢?、纖維、長絲或紗線上，除了與微生物接觸，并且至少一部分珊瑚狀金屬納米粒子可以通過水、皂、表面活性劑或溶劑中的一種或多種更容易地除去。

實(shí)施例

實(shí)施例1

為了制造納米顆粒處理的織物，將1mg/l的25nm球形金(au)納米顆粒、1mg/l的70nm珊瑚狀金(au)納米顆粒和1mg/l的10nm球形銀(ag)納米顆粒放入蒸餾水溶液中，以使用干霧系統(tǒng)施加到聚酯織物上。

實(shí)施例2

為了制造納米顆粒處理的織物，將1mg/l的25nm球形金(au)納米顆粒、1mg/l的70nm珊瑚狀金(au)納米顆粒和2mg/l的10nm球形銀(ag)納米顆粒放入蒸餾水溶液中，以使用干霧系統(tǒng)施加到棉織物上。

實(shí)施例3

為了制造納米顆粒處理的織物，將1mg/l的25nm球形金(au)納米顆粒、1mg/l的70nm珊瑚狀金(au)納米顆粒和5mg/l的10nm球形銀(ag)納米顆粒放入蒸餾水溶液中，以使用干霧系統(tǒng)施加到聚酯織物上。

實(shí)施例4

為了制造納米顆粒處理的織物，將1mg/l的25nm球形金(au)納米顆粒、1mg/l的70nm珊瑚狀金(au)納米顆粒和10mg/l的10nm球形銀(ag)納米顆粒放入蒸餾水溶液中，以使用干霧系統(tǒng)施加到棉織物上。

實(shí)施例5

為了制造納米顆粒處理的織物，將1mg/l的25nm球形金(au)納米顆粒、1mg/l的70nm珊瑚狀金(au)納米顆粒和1mg/l的10nm球形銀(ag)納米顆粒放入5％乙醇95％蒸餾水溶液中，以使用干霧系統(tǒng)施加到棉織物上。

實(shí)施例6

為了制造納米顆粒處理的織物，將1mg/l的25nm球形金(au)納米顆粒、1mg/l的70nm珊瑚狀金(au)納米顆粒和2mg/l的10nm球形銀(ag)納米顆粒放入5％乙醇95％蒸餾水溶液中，以使用干霧系統(tǒng)施加到聚酯織物上。

實(shí)施例7

為了制造納米顆粒處理的織物，將1mg/l的25nm球形金(au)納米顆粒、1mg/l的70nm珊瑚狀金(au)納米顆粒和5mg/l的10nm球形銀(ag)納米顆粒放入5％乙醇95％蒸餾水溶液中，以使用干霧系統(tǒng)施加到聚酯織物上。

實(shí)施例8

為了制造納米顆粒處理的織物，將1mg/l的25nm球形金(au)納米顆粒、1mg/l的70nm珊瑚狀金(au)納米顆粒和10mg/l的10nm球形銀(ag)納米顆粒放入5％乙醇95％蒸餾水溶液中，以使用干霧系統(tǒng)施加到棉織物上。

實(shí)施例9

為了制造納米顆粒處理的織物，將1mg/l的25nm球形金(au)納米顆粒、1mg/l的70nm珊瑚狀金(au)納米顆粒和1mg/l的10nm球形銀(ag)納米顆粒放入95％乙醇溶液中，以使用干霧系統(tǒng)施加到棉織物上。

實(shí)施例10

為了制造納米顆粒處理的織物，將1mg/l的25nm球形金(au)納米顆粒、1mg/l的70nm珊瑚狀金(au)納米顆粒和2mg/l的10nm球形銀(ag)納米顆粒放入95％乙醇溶液中，以使用干霧系統(tǒng)施加到聚酯織物上。

實(shí)施例11

為了制造納米顆粒處理的織物，將1mg/l的25nm球形金(au)納米顆粒、1mg/l的70nm珊瑚狀金(au)納米顆粒和5mg/l的10nm球形銀(ag)納米顆粒放入95％乙醇溶液中，以使用干霧系統(tǒng)施加到聚酯織物上。

實(shí)施例12

為了制造納米顆粒處理的織物，將1mg/l的25nm球形金(au)納米顆粒、1mg/l的70nm珊瑚狀金(au)納米顆粒和10mg/l的10nm球形銀(ag)納米顆粒放入95％乙醇溶液中，以使用干霧系統(tǒng)施加到棉織物上。

在不脫離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，本發(fā)明可以以其它具體形式實(shí)施。所描述的實(shí)施方案將在所有方面被認(rèn)為僅僅是說明性的而不是限制性的。因此，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求書而不是前面的描述來表示。屬于權(quán)利要求書的等同物的含義和范圍內(nèi)的所有變化將被包括在其范圍內(nèi)。