纳米颗粒处理的织物、纤维、长丝和纱线和有关方法与流程

本文公开了纳米颗粒处理的纤维制品，例如织物、纤维、长丝和纱线，用于制备纳米颗粒处理的纤维制品的组合物和方法，以及使用纳米颗粒处理的纤维制品的方法。

背景技术：
各种纳米颗粒材料在织物中和/或织物上的使用已经被用于试图赋予给定织物特定纳米颗粒的特征优点。术语“纳米颗粒”通常是指具有小于100nm的最大尺寸的任何形状的颗粒。作为示例，银(ag)纳米颗粒已经施加到织物上以提供抗微生物、抗菌或其它相关性质。

对于现有的纳米颗粒处理织物有几个显著的问题。例如，没有用于将纳米颗粒基本上永久性地固定在织物上的机制，纳米颗粒提供的任何性能增强迅速丧失。相反，如果使用完全永久性的机制用于纳米颗粒固定或连接，纳米颗粒的特性可能由于这样的固定被改变，并且它们的功效受到限制，因为纳米颗粒不能如同被悬浮的非连接的颗粒那样自由地相互作用。另外，将纳米颗粒共价结合到纤维和织物表面是非常昂贵的。替代地，如果纳米颗粒仅被封装在聚合物或其它粘合剂材料中，则它们通常不可用于任何目的，直到粘合剂脱落，磨损或以其它方式暴露纳米颗粒。

一方面维持所需的纳米颗粒活性和另一方面固定纳米颗粒之间的折衷已经导致开发用于将金属纳米颗粒永久附着在织物上并且使用金属纳米颗粒作为提供所需效果的金属阳离子源的方法。在银(ag)纳米颗粒的情况下尤其如此。实例包括如美国专利号6,607,994中的纳米颗粒共价结合在纤维上，如美国专利公开号2009/0098366中那样利用纳米颗粒和织物之间的静电相互作用，和如美国专利公开号2011/0110999那样在织物纤维表面上生长银纳米颗粒。固定的银(ag)纳米颗粒可以以此方式比使用银(ag)线或其它大尺寸银(ag)组分时更快速地产生银离子(ag⁺)，并且以比用银(ag)盐浸渍织物具有显著更加受控的方式。

无论这些现有技术解决方案中任何一种的具体结果或功效如何，各自最终依赖于将金属阳离子释放到局部环境中以提供任何抗微生物功效。不幸的是，这种金属阳离子，包括重金属阳离子，最终进入更大的环境，由于它们根本和不加区别的毒性性质而带来不希望的后果。

在本领域中明显不存在的是将纳米颗粒应用于纤维上的任何已知或提出的机制，使得期望的纳米颗粒保持附着到纤维上，直到呈现出能够克服将颗粒保持在织物表面上的粘合力的主动传送机制。纳米颗粒对织物纤维的这种可释放的附着将允许纳米颗粒在适当的时间进入溶液而不依赖于离子释放的机制以提供抗微生物功效。

技术实现要素：

本文公开了纳米颗粒处理的具有抗微生物性质的纤维制品，例如织物、纤维、长丝和纱线，和制备和使用纳米颗粒处理的纤维制品的有关方法。

纳米颗粒处理的纤维制品，例如织物、纤维、长丝和纱线，可以包括附着在其上的金属纳米颗粒，例如球形纳米颗粒，其可以在没有共价键、没有离子键并且不被聚合物或粘合剂包封情况下保持牢固地附着在织物、纤维、长丝或纱线表面上。球形纳米颗粒抵抗被使用水、溶剂、皂、洗涤剂、表面活性剂和机械搅拌中的一种或多种的常规洗涤或清洁方法洗涤掉。然而，当纳米颗粒被微生物接触时，它们可以释放到微生物中(例如通过主动吸收或其它运送机制)，然后杀死或变性微生物。可以使用非球形纳米颗粒，例如珊瑚状纳米颗粒，优选与球形纳米颗粒一起使用。

根据一些实施方案，纳米颗粒可以可释放地附着到纤维制品上，使得它们在正常使用期间附着到纤维制品上，但仍然可用于微生物例如病毒、细菌和真菌。因为纳米颗粒或附着在纤维制品上的纳米颗粒的结合都没有显示出明显的阳离子生成，但是固定在纤维或织物上的银(ag)纳米颗粒仍然显示出显著的抗微生物功效，假定纳米颗粒可释放地附着在纤维制品上，直到例如由细菌提供的主动吸收或其它运送机制导致其去除。因为纳米颗粒可以强烈地附着到纤维制品，例如织物、纤维、长丝和纱线上，而不具有共价键、离子键或物理并入到聚合物或粘合剂中，由此得出结论：强烈地将纳米颗粒粘附到纤维制品上的粘附力是范德华力。

纳米颗粒处理的纤维制品的非限制性实例包括：(1)织物、纤维、长丝或纱线和(2)多个非共价地固定在织物、纤维、长丝或纱线上的暴露的非离子金属纳米颗粒。“暴露”的纳米颗粒是未被包封在另一种物质如聚合物或粘合剂中的纳米颗粒。

纳米颗粒处理的纤维制品的制备方法的非限制性实例包括：(1)将由液体载体和多个非离子金属纳米颗粒组成的纳米颗粒组合物施加到纤维制品如织物、纤维、长丝或纱线上，和(2)除去液体载体以产生纳米颗粒处理的纤维制品，其中非离子金属纳米颗粒暴露并非共价地固定在纤维制品上。

纳米颗粒处理的纤维制品的使用方法的非限制性实例包括：(1)提供由(a)织物、纤维、长丝或纱线和(b)非共价地固定到织物、纤维、长丝或纱线上的多个暴露的非离子金属纳米颗粒组成的纳米颗粒处理的纤维制品；(2)将纳米颗粒处理的纤维制品暴露于微生物；(3)微生物从纤维制品中选择性地去除一部分暴露的非离子金属纳米颗粒；和(4)金属纳米颗粒杀死或变性微生物。

在一些实施方案中，纳米颗粒处理的材料表现出抗气味性质。例如，一些实施方案包括提供抗微生物功能的多个银纳米颗粒(其减少或消除引起气味的分子的微生物产生)和提供另外独立的抗气味功能来源(例如，通过催化胺、硫化物、有机分子和其他臭味分子的破坏或分解)的多个金纳米颗粒。

在一些实施方案中，纳米颗粒处理的材料表现出改善的耐久性和色牢固性质。例如，一些实施例包括被配置以引起入射到被处理材料上的紫外线(uv)光(例如从太阳光)相移(例如朝向光谱的红端)的多个纳米颗粒(例如金纳米颗粒)。相关的紫外线防护可以有益地提高纳米颗粒处理材料的强度、耐久性和色牢度。

在一些实施方案中，纳米颗粒处理的材料表现出改善的干燥/除湿性质。例如，纳米颗粒处理的材料中的纳米颗粒可以提供用于干燥的增加的表面积和/或可以改变经处理的材料的发射率，从而导致更大程度上从处理的材料中除去水分。增加发射率还可以产生更快速地辐射热量或失去热量并且感觉到触摸更凉爽的织物或材料。

在一些实施方案中，纳米颗粒处理的材料表现出辐射防护性能。例如，一些实施方案包括被配置以吸收有害辐射(例如α粒子、β粒子和/或γ辐射)的多个纳米颗粒(例如铍和/或金)，从而减少或消除通过纳米颗粒处理的材料的辐射量。

在一些实施方案中，纳米颗粒处理的材料降低或消除对雷达、红外和/或其它检测方法的可见性。例如，一些实施方案包括被配置以吸收雷达和/或其它检测信号的多个纳米颗粒(例如钴纳米颗粒)，从而使纳米颗粒处理的材料对检测不可见或不太可见。

在一些实施方案中，纳米颗粒处理的材料形成为导电材料。例如，多个导电金属纳米颗粒可以嵌入在纤维制品内以向纤维制品提供导电性能。可以通过例如调整所使用的纳米颗粒的类型和组成、纳米颗粒的浓度和/或纳米颗粒在整个纤维制品中的分布来调节导电性能。在一个实施方案中，导电纤维制品可以用于基于材料导电性的变化来检测纤维中的断裂和/或纤维集合中的断裂水平的应用。

在一些实施方案中，在将母料加工成纤维、织物、家具装饰用品(upholsteries)、纱线、长丝等(例如，对于聚酯、尼龙、丙烯酸类和其它合成织物)之前，可以将多个纳米颗粒加入到母料中。在这样的实施方案中，添加到母料中的纳米颗粒可以嵌入所得到的织物中。在一些实施方案中，可以通过将纳米颗粒混合在乙二醇载体或类似载体(例如其它醇，特别是其它二醇)中并将所得溶液加入到母料中而将纳米颗粒加入到母料中。所得溶液可以具有下限为约1ppm、3ppm、5ppm、10ppm、15ppm或25ppm和上限为约50ppm、100ppm、200ppm、300ppm、400ppm或500ppm的纳米颗粒浓度，或者可以具有例如在上述任何上限和下限范围内的浓度。

本发明的这些和其他优点和特征将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地在对后面内容审查时对本领域的技术人员变得显而易见或者可以通过本发明的实践中了解。

附图说明

图1是用于处理纤维制品的示例性球形金属纳米颗粒的透射电子显微镜图像(tem)，所述纳米颗粒具有基本均匀的尺寸和窄的粒度分布；

图2a-2e是用于处理纤维制品的示例性珊瑚状金属纳米颗粒的透射电子显微镜图像(tem)；

图3示意性地示出纤维制品表面和固定在其上的多个球形纳米颗粒；

图4是显示强烈固定在纤维制品表面上而没有共价或离子键的球形金属纳米颗粒的理论模型；

图5示意性地示出了接近纤维制品表面并去除一部分球形纳米颗粒的微生物；

图6示意性地示出了二硫键被相邻的球形纳米颗粒催化变性的微生物蛋白质；和

图7示意性地示出了具有二硫键的哺乳动物蛋白质，所述二硫键被屏蔽以便抵抗被相邻的球形纳米颗粒催化变性。

具体实施方式可以用非离子金属纳米颗粒处理纤维制品，例如织物、纤维、长丝和纱线，以赋予抗微生物性能和/或其它所需的属性，例如传热性能。任何已知的织物、纤维、长丝或纱线都可以用非离子金属纳米颗粒处理，例如由天然或合成材料制成的那些。

根据一些实施方案，纳米颗粒处理的纤维制品包括(1)织物、纤维、长丝或纱线和(2)多个非共价地固定在织物、纤维、长丝或纱线上的暴露的非离子金属纳米颗粒。“暴露”的纳米颗粒是未被包封在另一种物质如聚合物或粘合剂中的纳米颗粒。纤维制品可以包括任何已知的纤维材料，例如有机纤维。实例包括天然纤维(例如各种植物纤维或甚至动物衍生的纤维)和合成纤维(例如由本领域已知的各种合成聚合物制成)。

非离子金属纳米颗粒可以通过范德华力非共价地固定在纤维制品上，并且当暴露于水、皂、表面活性剂和溶剂时可以保持固定在纤维制品上，但当被微生物如病毒、细菌或真菌接触时被选择性除去。在一些实施方案中，球形金属纳米颗粒可以通过范德华力牢固地固定在纤维制品表面上。类似地，范德华力也可以作用于将珊瑚状纳米颗粒附着到纤维制品表面，尽管可能不像球形纳米颗粒那样牢固。

根据一些实施方案，纳米颗粒处理的纤维制品包括(1)织物、纤维、长丝或纱线和(2)多个嵌入的非离子金属纳米颗粒。例如，可以在将母料加工成纤维制品之前将金属纳米颗粒加入到母料中。

纳米颗粒构型

已经发现特别可用于处理纤维制品例如织物、纤维、长丝和纱线的纳米颗粒包括球形金属纳米颗粒，特别是具有约40nm或更小直径的球形纳米颗粒，尤其是具有窄粒度分布的球形纳米颗粒。美国专利公开号2003/0001833(“niedermeyer公开”)中描述了球形金属纳米颗粒的实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纳米颗粒的方法和系统，该专利公开通过引用并入本文。

图1是使用niedermeyer公开的方法和系统制造的示例性球形金属纳米颗粒的透射电子显微镜图像(tem)。所示的纳米颗粒是具有基本均匀尺寸的球形银(ag)纳米颗粒，其平均直径约10nm和粒度分布窄。

根据一些实施方案，球形纳米颗粒可以具有固体芯而不是中空的，如通常在非金属种子纳米颗粒(例如二氧化硅)的表面上形成的常规金属纳米颗粒的情况那样，其随后被除去以产生中空纳米球。提供实体而不是中空的纳米颗粒增强了它们非共价和非离子地固定在纤维制品表面上的能力。

根据一些实施方案，球形金属纳米颗粒仅包括内角并且没有成角度的边缘或外部键角，这两者都可以促进点电荷的电离和积聚。这样的纳米颗粒可以表现出高ξ电位，这允许球形纳米颗粒保持分散在极性溶剂中而不用表面活性剂，这是令人惊讶和预期的结果。相反，当形成点电荷时，静电力将主导纳米颗粒与纤维制品表面之间的相互作用。一旦静电力起作用，纳米颗粒相对于纤维制品表面的取向将完全由那些静电力决定。一旦这些静电力被中和，无论是通过表面化学、表面活性剂(洗涤剂)、静电荷还是其它外力，将颗粒保持在纤维制品表面的粘合力将丧失或甚至反转，产生排斥力，和将会丢失在纳米颗粒和纤维制品表面之间的相互作用。

除了球形金属纳米颗粒之外，可能期望使用具有受控粒度和/或窄粒度分布的珊瑚状纳米颗粒，例如在2014年9月23日以“williamniedermeyer”(“niedermeyer申请”)名义提交的美国临时申请号62/054,126中描述的那些，该申请通过引用并入本文。

图2a至2e是使用niedermeyer申请的方法和系统制造的示例性珊瑚状金属纳米颗粒的透射电子显微镜图像(tem)。珊瑚状金属纳米颗粒可具有不均匀的横截面和球形结构，所述球形结构由连接在一起而没有直角的多个非线性的链形成。类似于球形纳米颗粒，没有外部键角或边缘的珊瑚状纳米颗粒也可以表现出高ξ电位，这是令人惊讶和预期的结果。珊瑚状纳米颗粒也可以类似于球形纳米颗粒通过范德华力固定在织物、纤维、长丝和纱线上，但通常不那么牢固，并且可以赋予织物、纤维、长丝和纱线所需的性能。此外，珊瑚状纳米颗粒可以帮助和/或增加球形纳米颗粒均匀地固定在织物、纤维、长丝或纱线表面上。

非离子金属纳米颗粒可以包括任何所需的金属、金属混合物或金属合金，包括银、金、铂、钯、铑、锇、钌、铑、铼、钼、铜、铁、镍、锡、铍、钴、锑、铬、锰、锆、锡、锌、钨、钛、钒、镧、铈、其异质混合物或其合金中的至少一种。

根据一些实施方案，可用于制备纳米颗粒处理的纤维制品例如织物、纤维、长丝和纱线的非离子金属纳米颗粒包含球形纳米颗粒，优选具有实芯的球形金属纳米颗粒。在一些实施方案中，球形金属纳米颗粒可以具有约40nm或更小，约35nm或更小，约30nm或更小，约25nm或更小，约20nm或更小，约15nm或更小，约10nm或更小，约7.5nm或更小，或约5nm或更小的直径。在一些实施方案中，球形纳米颗粒可以具有这样的粒度分布，其使得至少99％的纳米颗粒的直径在纳米颗粒平均直径的30％内，或在平均直径的20％内，或在平均直径的10％内。在一些实施方案中，球形纳米颗粒可以具有平均粒度，并且至少99％的纳米颗粒具有的粒度在平均直径的±3nm以内，平均直径的±2nm以内或平均直径的±1nm以内。在一些实施方案中，球形纳米颗粒可以具有至少10mv，优选至少约15mv，更优选至少约20mv，甚至更优选至少约25mv，和最优选至少约30mv的ξ电位。

根据一些实施方案，纳米颗粒可以包含珊瑚状纳米颗粒，例如具有不均匀横截面和由连接在一起而没有直角的多个非线性的链形成的球形结构的颗粒。珊瑚状纳米颗粒可以具有约15nm至约100nm，或约25nm至约95nm，或约40nm至约90nm，或约60nm至约85nm，或约70nm至约80nm的长度。珊瑚状纳米颗粒可以具有这样的粒度分布，其使得至少99％的纳米颗粒具有的长度在平均长度的30％内，或在平均长度的20％内，或在平均长度的10％内。在一些实施方案中，珊瑚状纳米颗粒可以具有至少10mv，优选至少约15mv，更优选至少约20mv，甚至更优选至少约25mv，和最优选至少约30mv的ξ电位。

在一些实施方案中，纳米颗粒处理的纤维制品可以包括球形和珊瑚状纳米颗粒二者(例如，球形纳米颗粒可以包含银纳米颗粒，并且珊瑚状纳米颗粒可以包含金纳米颗粒)。根据一个实施方案，球形纳米颗粒基本上或完全由银(ag)纳米颗粒组成。在使用珊瑚状纳米颗粒的情况下，它们可以基本上或全部由金(au)纳米颗粒组成。在一些实施方案中，球形纳米颗粒可以包含银和金的合金或混合物。

纳米颗粒组合物可以仅包含球形金属纳米颗粒，仅包含珊瑚状金属纳米颗粒，或球形和珊瑚状金属纳米颗粒二者。在一些情况下，与珊瑚状金属纳米颗粒相比，球形金属纳米颗粒更牢固地固定在纤维制品上。然而，珊瑚状金属纳米颗粒可以有助于将球形金属纳米颗粒固定在纤维制品上。在一些实施方案中，用于处理到织物或纤维上的球形纳米颗粒与珊瑚状纳米颗粒的质量比可以在约1:1至约50:1，或约2.5:1至约25:1，或约5:1至约20:1，或约7.5:1至约15:1，或约9:1至约11:1的范围内，或约10:1。用于处理到织物或纤维上的球形纳米颗粒与珊瑚状纳米颗粒的颗粒数比可以在约10:1至约500:1，或约25:1至约250:1，或约50:1至约200:1，或约75:1至约150:1，或约90:1至约110:1的范围内，或约100:1。

可释放地固定到纤维制品上

球形或基本上为球形的纳米颗粒的优点在于，它们可以靠近织物、纤维、长丝或纱线表面而没有局部点电荷力。这允许纳米颗粒进入范德华力的范围内，总的力相对于纳米颗粒与纤维制品表面之间的距离相反地增加。经验测试验证了纳米颗粒和纤维制品表面之间的粘合力的强度，试验表明纳米颗粒通过常规应用保持固定在纤维制品表面，包括施加的摩擦力、使用标准织物洗涤剂的多次洗涤循环和来自干衣机的热(超过50次洗涤和干燥循环)。

举例来说，在传统的洗衣机和烘干机中将含有固定在表面上的球形纳米颗粒的织物经历50次洗涤和干燥循环。在洗涤水中没有检测到离子银(ag⁺)。因为球形纳米颗粒紧密地固定在织物上而没有共价键和离子键，并且不嵌入织物内或涂层基质内，仍能够在洗涤和加热干燥时抵抗被去除，所以假设它们是非离子的，没有点电荷，并通过范德华力固定在织物、纤维、长丝或纱线上。

图3示意性地示出了纳米处理的织物、纤维、长丝或纱线400，其包括纤维制品表面402和固定到其上的多个球形纳米颗粒404。球形纳米颗粒404优先以基本均匀的浓度或分布固定到纤维制品表面402，以便在整个纤维制品中提供相似的性质。根据一些实施方案，纳米颗粒的浓度通常为每码(yard)织物约0.1mg至约1mg。

图4是显示牢固固定在纤维制品表面502上而没有共价或离子键的球形金属纳米颗粒的理论模型。假设当暴露的非离子的球形金属纳米颗粒504在纤维制品表面502的距离d(例如对于银(ag)纳米颗粒为约35nm)内时，表面502将“纳米颗粒”视为平坦的细长表面而不是球形。如果球形金属纳米颗粒504作为球形而不是平坦表面与纤维制品表面502相互作用，则最接近纤维制品表面502的球形纳米颗粒的仅仅几个原子将被范德华力吸引，并且作用于其他原子的力将迅速下降。在这种情况下，纳米颗粒相对高的质量将克服并压倒施加到最接近原子的相对小的范德华力，并且纳米颗粒将容易脱落。然而，相反因为纳米颗粒504紧密地固定在纤维制品表面502上，所以纳米颗粒504显然与表面502以被看作是扩大的平坦表面的方式相互作用。范德华力对整个平坦表面起到基本相等的吸引力，这大大增强了用于固定纳米颗粒504的有吸引力的范德华力的大小，并且纳米颗粒504相反紧密地固定在纤维制品表面502上。这已被经验显示是真实的。此外，数学计算预测，实体球形金属纳米颗粒可以以图4所示的方式表现并与表面相互作用。

主动运送机制

纳米颗粒处理的纤维制品可以涂覆有通常均匀分布的纳米颗粒，其将保留在纤维制品表面上，直到呈现能够克服吸引力的主动吸收或其它运送机制。当微生物(例如病毒、细菌或真菌)与纳米颗粒处理的纤维制品接触使得微生物物理接触至少一个纳米颗粒时，产生主动吸收或其它运送机制。因为单个纳米颗粒比微生物特别是细菌和真菌小得多，微生物主动从其环境中吸收材料，并且单个纳米颗粒没有共价结合或物理引入到制品的纤维结构中，纳米颗粒可以被主动吸收或从纤维制品的表面输送到微生物中，其中适当选择的颗粒可以杀死或灭活微生物。

尽管通过范德华力紧密地保持在纤维制品表面上的纳米颗粒已被表明可承受典型的环境力并且将通过正常活动而保留在纤维制品表面上，纳米颗粒和纤维制品表面之间的吸引力不是永久性的和不可克服的，例如在共价键中，或其中颗粒结合在织物的结构内或涂层的基质中。结果，可以克服固定纳米颗粒的粘合力，并且当颗粒与呈现主动运送机制的其它表面如细菌、真菌或甚至病毒相互作用时，可以释放纳米颗粒。这些微生物具有与通常与织物、纤维、长丝或纱线所接触的人和哺乳动物细胞典型的那些例如毛发和皮肤不同的细胞组成和细胞壁功能。

图5示意性地示出了所提出的模型，通过该模型，接近具有固定在其上的球形纳米颗粒604的纤维制品表面602的微生物608可以从纤维制品表面602例如通过主动吸收或其它运送机制去除一个或多个球形纳米颗粒604。去除的纳米颗粒604可以自由地移动通过微生物608的内部606，并与一种或多种重要的蛋白质或酶610接触，它们如果变性，将会杀死或使微生物失去能力。

抗微生物活性

纳米颗粒可以杀死或变性微生物的一种方法是通过催化重要蛋白质或酶中二硫(s-s)键的裂解。图6示意性地示出了具有二硫键的微生物蛋白质或酶710，所述二硫键被相邻的球形纳米颗粒704催化变性以产生变性蛋白质或酶712。在细菌或真菌的情况下，细胞内部可能发生重要蛋白质或酶的二硫键的裂解和/或重要蛋白质或酶的其它化学键的裂解，从而以这种方式杀死微生物。通过微生物的通常简单的蛋白质结构促进二硫(s-s)键的这种催化裂解，其中许多重要的二硫键暴露并且易于被催化裂解。

金属(例如银)纳米颗粒可以杀死微生物的另一机制是通过产生活性氧物质，例如过氧化物，其可以氧化裂解蛋白质键，包括但不限于酰胺键。

在病毒的情况下，球形和珊瑚状金属纳米颗粒可以通过附着到糖蛋白上和/或催化蛋白质衣壳中的蛋白质变性反应来使病毒灭活，使得病毒不再能附着于宿主细胞和/或将遗传物质注入宿主细胞。因为非常小的纳米颗粒可以通过病毒，在病毒内部可能发生蛋白质衣壳的变性。使得不能附着于宿主细胞和/或将遗传物质注入宿主细胞的病毒基本上是无活性的并且不再致病。

尽管非离子金属纳米颗粒相对于微生物具有致死性，它们对于与其中大部分或全部重要二硫键被蛋白质的其他更稳定的区域屏蔽的简单微生物相比含有复杂得多的蛋白质结构的人类、哺乳动物和健康的哺乳动物细胞而言可能相对无害。图7示意性地示出了具有二硫(s-s)键的哺乳动物蛋白质810，所述二硫键被屏蔽以便抵抗被相邻的球形纳米颗粒804催化变性。在许多情况下，非离子纳米颗粒不与人或哺乳动物细胞相互作用或不附着到人或哺乳动物细胞上，而保持在流体流动中并且跟随流体流动，不会越过屏障，保留在血管系统中，并且可以快速安全地通过尿液排出而不损害肾脏或其他细胞。

在银(ag)纳米颗粒的特定情况下，微生物中的银(ag)纳米颗粒的相互作用已经被证明是特别致命的，而不需要依赖于银离子(ag⁺)的产生来提供所需的抗微生物效果，如通常的常规胶体银处理织物中的情况那样。此外，固定的金属纳米颗粒优先直接被释放到微生物细胞中的能力使潜在有毒的金属阳离子到局部和较大环境中的释放最小化。银(ag)纳米颗粒固定到纤维制品上同时提供有效的微生物控制而没有将有毒的银离子(ag⁺)显著释放到周围环境中的能力是本领域的实质进步。

可以选择颗粒的尺寸以靶向和杀死特定类型的微生物。例如，可以将纳米颗粒尺寸优化以选择性地靶向和杀死某些微生物。作为示例，已经发现直径小于约8nm(例如约1-7nm，或约2-6.5nm，或约3-6nm)的纳米颗粒对杀死病毒是有效的，已经发现直径约3-14nm(例如约5-13nm，或约7-12nm，或约8-10nm)的纳米颗粒对杀死细菌是有效的，并且已经发现直径约为9-20nm(例如约10-18nm，或约11-16nm，或约12-15nm)的纳米颗粒对杀真菌是有效的。在上述范围内，可能存在杀死特定类型的病毒、细菌或真菌最有效的纳米颗粒的特定尺寸。例如，亚微米尺寸的金属纳米颗粒(例如，直径为约0.4nm的金纳米颗粒)由于具有奇秒的细长和环状构型在杀死埃博拉病毒方面可能是最有效的。

其它示例性有益性质

除了为纤维制品，例如织物、纤维、长丝和纱线提供减少或消除气味和杀死潜在危险的病原体的抗微生物性质的之外，纳米颗粒还可以赋予高温转移性质，产生使穿戴者感觉凉爽的衣物和其它纤维制品。如本文所公开的用非离子金属纳米颗粒处理的纤维制品可以具有改进的热力学传热性能，例如增加的对流(例如增加的水蒸发)和增加的热散发性(例如热辐射)。与未处理的织物相比，纳米颗粒处理的织物和其它纤维制品可以更快地将热量移到周围环境。另外，虽然如本文所公开的纳米颗粒处理的纤维制品类似于用胶体银处理的常规织物提供了改善的对流性质，但是热散发性的增加需要并且仅由窄粒度分布的球形纳米颗粒提供。这是一个令人惊讶和意想不到的结果。

在一些实施方案中，纳米颗粒处理的织物表现出抗气味性质。例如，一些实施方案包括提供抗微生物功能的多个银纳米颗粒(其减少或消除引起气味分子的微生物产生)和提供另外独立的抗气味功能来源(例如，通过催化胺、硫化物、有机分子和其他臭味分子的破坏)的多个金纳米颗粒。

在一些实施方案中，纳米颗粒处理的织物表现出改善的耐久性和色牢固性质。例如，一些实施方案包括被配置以引起入射到被处理织物上的紫外线光相移(例如朝向光谱的红端)的多个纳米颗粒(例如金纳米颗粒)。相关的紫外线防护可以有益地提高纳米颗粒处理织物的强度、耐久性和色牢度。

在一些实施方案中，纳米颗粒处理的织物表现出改善的干燥/除湿性质。例如，纳米颗粒处理的织物中的纳米颗粒可以提供用于干燥的增加的表面积和/或可以改变经处理的织物的发射率，从而导致更大程度上从处理的织物中除去水分。

在一些实施方案中，纳米颗粒处理的材料表现出辐射防护性能。例如，一些实施方案包括被配置以吸收有害辐射(例如α粒子、β粒子和/或γ辐射)的多个纳米颗粒(例如铍和/或金)，从而减少或消除通过纳米颗粒处理的材料的辐射量。

在一些实施方案中，纳米颗粒处理的材料降低或消除对雷达、红外和/或其它检测方法的可见性。例如，一些实施方案包括被配置以吸收雷达和/或其它检测信号的多个纳米颗粒(例如钴纳米颗粒)，从而使纳米颗粒处理的材料对检测不可见或不太可见。

在一些实施方案中，纳米颗粒处理的材料形成为导电材料。例如，多个导电金属纳米颗粒可以嵌入在纤维制品内以向纤维制品提供导电性能。可以通过例如调整所使用的纳米颗粒的类型和组成、纳米颗粒的浓度和/或纳米颗粒在整个纤维制品中的分布来调节导电性能。在一个实施方案中，导电纤维制品可以用于基于材料导电性的变化来检测纤维中的断裂和/或纤维集合中的断裂水平的应用。

制备和使用方法

根据一些实施方案，制备纳米颗粒处理的纤维制品的方法包括：(1)将由液体载体和多个非离子金属纳米颗粒组成的纳米颗粒组合物施加到纤维制品如织物、纤维、长丝或纱线上，和(2)除去液体载体以产生纳米颗粒处理的纤维制品，其中非离子金属纳米颗粒暴露并非共价地固定在纤维制品上。在一些实施方案中，至少一部分非离子金属纳米颗粒可以通过范德华力非共价固定在纤维制品上。

根据一些实施方案，液体载体包括非极性液体、有机溶剂、极性液体或含水液体中的一种或多种。合适的液体载体的实例包括水、甲醇、乙醇、异丙醇、其它醇、丙酮、酮、醛和乙酸乙酯。

在一些情况下，液体载体为挥发性的可能是所希望的，使得当将纳米颗粒组合物施用于纤维制品时，挥发性液体载体可以通过蒸发而不是穿过或经过被处理的表面去除，穿过或经过被处理的表面可能带走纳米颗粒并阻止粘附于表面。根据一些实施方案，通过蒸发有利地除去挥发性液体载体，同时将纳米颗粒组合物施用于纤维制品上。例如，纳米颗粒组合物可以通过干雾化施用于织物或其它纤维制品。或者，可以通过浸渍然后快速干燥挥发性液体而施用纳米颗粒组合物，以留下足够的纳米颗粒残留。可以重复施用过程以产生具有所需纳米颗粒浓度的织物或其它纤维制品。

根据一些实施方案，由乙醇和球形金属纳米颗粒组成并且没有任何表面活性剂的纳米颗粒组合物通过喷洒和同时蒸发乙醇而施用于织物或其它纤维制品上，以用球形金属纳米颗粒涂覆织物或其它纤维制品表面，其中球形金属纳米粒子通过范德华力牢固地固定。根据另一个实施方案，还可以包括珊瑚状金属纳米颗粒，以便帮助将球形金属纳米颗粒携带并附着到织物或其它纤维制品表面。在施用和干燥溶剂之后，与球形金属纳米颗粒相比，珊瑚状金属纳米颗粒可能较不牢固地附着于纤维制品。在一些情况下，可以选择性地去除珊瑚状纳米颗粒，例如用于重新使用，同时将球形纳米颗粒置于适当位置。

在一些实施方案中，在将母料加工成纤维、织物、家具装饰用品、纱线、长丝等(例如，对于聚酯、尼龙、丙烯酸类和其它合成织物)之前，可以将多个纳米颗粒加入到母料中。在这样的实施方案中，添加到母料中的纳米颗粒可以嵌入所得到的织物中。在一些实施方案中，可以通过将纳米颗粒混合在乙二醇载体或类似载体(例如其它醇，特别是其它二醇)中并将所得溶液加入到母料中而将纳米颗粒加入到母料中。所得溶液可以具有下限为约1ppm、3ppm、5ppm、10ppm、15ppm或25ppm和上限为约50ppm、100ppm、200ppm、300ppm、400ppm或500ppm的纳米颗粒浓度，或者可以具有例如在上述任何上限和下限范围内的浓度。

在一些实施方案中，其中非离子金属纳米颗粒暴露并非共价地固定在纤维制品上的制造方法可用于抗微生物应用或其它应用，其中至少一些金属纳米颗粒可拆卸地固定在例如经处理的纤维制品上可能是有利的。在一些实施方案中，其中至少一些非离子金属纳米颗粒嵌入纤维制品中(例如，在母料加工之前与母料混合)的制造方法可用于例如抗辐射、抗雷达和/或导电织物应用。上述制造方法可以组合、改变和/或调整以满足需要和偏好。

根据一些实施方案，使用纳米颗粒处理的纤维制品的方法包括：(1)提供本文所述的纳米颗粒处理的纤维制品，例如纳米颗粒处理的织物、纤维、长丝或纱线；(2)将纳米颗粒处理的纤维制品暴露于微生物；(3)微生物从纤维制品中选择性地去除一部分暴露的非离子金属纳米颗粒；和(4)金属纳米颗粒杀死或变性微生物。

纳米颗粒处理的纤维制品可以进一步暴露于水、皂、表面活性剂或溶剂中的一种或多种；然而，除了微生物接触之外，金属纳米颗粒可以保持附着于纤维制品。在金属纳米颗粒包括球形和珊瑚状纳米颗粒二者的情况下，球形金属纳米颗粒可以比珊瑚状金属纳米颗粒更牢固地固定在纤维制品表面上。当将纳米颗粒处理的纤维制品暴露于水、皂、表面活性剂或溶剂中的一种或多种时，球形金属纳米颗粒可以保持附着在织物、纤维、长丝或纱线上，除了与微生物接触，并且至少一部分珊瑚状金属纳米粒子可以通过水、皂、表面活性剂或溶剂中的一种或多种更容易地除去。

实施例

实施例1

为了制造纳米颗粒处理的织物，将1mg/l的25nm球形金(au)纳米颗粒、1mg/l的70nm珊瑚状金(au)纳米颗粒和1mg/l的10nm球形银(ag)纳米颗粒放入蒸馏水溶液中，以使用干雾系统施加到聚酯织物上。

实施例2

为了制造纳米颗粒处理的织物，将1mg/l的25nm球形金(au)纳米颗粒、1mg/l的70nm珊瑚状金(au)纳米颗粒和2mg/l的10nm球形银(ag)纳米颗粒放入蒸馏水溶液中，以使用干雾系统施加到棉织物上。

实施例3

为了制造纳米颗粒处理的织物，将1mg/l的25nm球形金(au)纳米颗粒、1mg/l的70nm珊瑚状金(au)纳米颗粒和5mg/l的10nm球形银(ag)纳米颗粒放入蒸馏水溶液中，以使用干雾系统施加到聚酯织物上。

实施例4

为了制造纳米颗粒处理的织物，将1mg/l的25nm球形金(au)纳米颗粒、1mg/l的70nm珊瑚状金(au)纳米颗粒和10mg/l的10nm球形银(ag)纳米颗粒放入蒸馏水溶液中，以使用干雾系统施加到棉织物上。

实施例5

为了制造纳米颗粒处理的织物，将1mg/l的25nm球形金(au)纳米颗粒、1mg/l的70nm珊瑚状金(au)纳米颗粒和1mg/l的10nm球形银(ag)纳米颗粒放入5％乙醇95％蒸馏水溶液中，以使用干雾系统施加到棉织物上。

实施例6

为了制造纳米颗粒处理的织物，将1mg/l的25nm球形金(au)纳米颗粒、1mg/l的70nm珊瑚状金(au)纳米颗粒和2mg/l的10nm球形银(ag)纳米颗粒放入5％乙醇95％蒸馏水溶液中，以使用干雾系统施加到聚酯织物上。

实施例7

为了制造纳米颗粒处理的织物，将1mg/l的25nm球形金(au)纳米颗粒、1mg/l的70nm珊瑚状金(au)纳米颗粒和5mg/l的10nm球形银(ag)纳米颗粒放入5％乙醇95％蒸馏水溶液中，以使用干雾系统施加到聚酯织物上。

实施例8

为了制造纳米颗粒处理的织物，将1mg/l的25nm球形金(au)纳米颗粒、1mg/l的70nm珊瑚状金(au)纳米颗粒和10mg/l的10nm球形银(ag)纳米颗粒放入5％乙醇95％蒸馏水溶液中，以使用干雾系统施加到棉织物上。

实施例9

为了制造纳米颗粒处理的织物，将1mg/l的25nm球形金(au)纳米颗粒、1mg/l的70nm珊瑚状金(au)纳米颗粒和1mg/l的10nm球形银(ag)纳米颗粒放入95％乙醇溶液中，以使用干雾系统施加到棉织物上。

实施例10

为了制造纳米颗粒处理的织物，将1mg/l的25nm球形金(au)纳米颗粒、1mg/l的70nm珊瑚状金(au)纳米颗粒和2mg/l的10nm球形银(ag)纳米颗粒放入95％乙醇溶液中，以使用干雾系统施加到聚酯织物上。

实施例11

为了制造纳米颗粒处理的织物，将1mg/l的25nm球形金(au)纳米颗粒、1mg/l的70nm珊瑚状金(au)纳米颗粒和5mg/l的10nm球形银(ag)纳米颗粒放入95％乙醇溶液中，以使用干雾系统施加到聚酯织物上。

实施例12

为了制造纳米颗粒处理的织物，将1mg/l的25nm球形金(au)纳米颗粒、1mg/l的70nm珊瑚状金(au)纳米颗粒和10mg/l的10nm球形银(ag)纳米颗粒放入95％乙醇溶液中，以使用干雾系统施加到棉织物上。

在不脱离本发明的精神或基本特征的情况下，本发明可以以其它具体形式实施。所描述的实施方案将在所有方面被认为仅仅是说明性的而不是限制性的。因此，本发明的范围由所附权利要求书而不是前面的描述来表示。属于权利要求书的等同物的含义和范围内的所有变化将被包括在其范围内。