论文部分内容阅读
近年来,由于重大公共卫生事件的频繁爆发以及人们对健康问题的日益关注,使得新型抗菌材料和抗菌制品成为研究的热点。抗菌材料种类繁多,大多数抗菌材料在水溶性及生物相容性、应用成本、环境友好、生物安全性等方面都存在一些问题。目前,Ag系纳米复合材料仍是一类新型高效广谱低毒的纳米抗菌材料。本文采用液相化学还原法、水热法、沉淀转化法和电流置换法等方法成功制备了绿色环保、水溶性和生物相容性好的Ag纳米复合材料,采用多种现代分析手段对样品进行了结构和形貌表征,研究了所制备样品的抗菌性能。本论文的主要研究内容和结论如下: (1)聚丙烯酸(PAA)修饰银纳米颗粒的制备及抗菌性能 采用液相化学还原的方法,以 PAA为修饰剂,水合肼、抗坏血酸、单宁酸为还原剂,成功制备了PAA修饰Ag(Ag/PAA)纳米复合材料。通过X射线粉末衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见吸收分光光度计(UV-vis)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、热重和差热分析仪(TG&DTA)等对所制备样品的形貌和结构进行了表征,结果表明:所制备的Ag纳米颗粒具有面心立方晶体结构、结晶性好、粒径均一,呈类球形形貌;还原剂对产物粒径的影响较大,其中单宁酸作为还原剂所得银纳米颗粒粒径最小,约8 nm,水合肼次之,抗坏血酸最大;修饰剂PAA对银纳米颗粒的分散性有较大影响,当PAA与Ag+的摩尔比为1:2时,纳米颗粒的分散性最佳。采用肉汤稀释法、牛津杯法、细菌生长曲线和电子显微镜观察法测试了样品的抗菌性能,结果表明:与Ag纳米颗粒相比,Ag/PAA纳米颗粒对大肠杆菌(E. coli)、金黄色葡萄球菌(S. aureus)以及绿脓杆菌(P. aeruginosa)均有良好的抗菌效果;而且样品的粒径越小,抗菌效果越好;其中Ag/PAA纳米颗粒对S. aureus和E. coli的抗菌效果尤为显著。提出了Ag/PAA的接触作用抗菌机制。 (2)多孔羟基磷灰石(HA)负载银纳米颗粒的制备及抗菌性能 首先采用水热法合成了分散性好,尺寸均一的HA;接着,以多孔羟基磷灰石为载体,硝酸银为原料成功合成了HA@Ag多孔结构纳米复合材料。通过XRD、TEM、UV-vis、FTIR、激光粒度散射仪(DLS)、比表面测试仪(BET)等对所得样品的形貌和结构进行了表征。考察了陈化时间、还原剂、反应温度及HA与AgNO3摩尔比等反应条件对HA@Ag纳米复合材料形貌及Ag负载量的影响,结果表明:陈化时间为1 h、还原剂为单宁酸、反应温度为60℃、HA与AgNO3摩尔比为10:3的条件下可以制得Ag纳米颗粒粒径小且尺寸均一,Ag负载量大且分布均匀无团聚的样品。采用肉汤稀释法、滤纸片法、细菌生长曲线和电子显微镜观察法测试了样品的抗菌性能,结果表明:所制备的HA@Ag复合抗菌材料具有优异的抑菌杀菌性能,尤其对金黄色葡萄球菌效果更为显著;并展现出协同抗菌作用。羟基磷灰石作为载体,能够降低Ag纳米颗粒作为抗菌剂的应用成本,提高其生物相容性和抗菌持久性。 (3)CuO纳米片负载Ag纳米颗粒的制备及抗菌性能 采用简单的两步法,以铜盐、硝酸银等为原料,单宁酸为还原剂合成了CuO@Ag纳米复合材料。通过XRD、TEM、SEM、DLS等表征手段对样品的形貌和结构进行了表征。实验结果表明:铜源对氧化铜的形貌有较大影响,硫酸铜为铜源是制备复合材料基体的适宜条件;在陈化时间为1 h和PAA与Ag+摩尔比为1:2的条件下可制得Ag纳米颗粒粒径小且均一、均匀附着于CuO纳米片上的CuO@Ag复合材料。采用肉汤稀释法、细菌生长曲线和电子显微镜观察法测试了样品的抗菌性能。抗菌性能测试表明,CuO@Ag纳米复合材料具有优异的抑菌杀菌效果,其抗菌性能来源于Ag和CuO的协同作用,CuO基体材料的加入有助于降低Ag纳米颗粒抗菌材料的应用成本,提高其抗菌持久性。通过电镜观察 CuO@Ag抗菌作用前后细菌形态的变化,分析了纳米复合材料抗菌作用过程,提出了其抗菌作用机理。 (4)Ag@Al2O3纳米树枝晶的制备及抗菌性能 室温下,利用铝箔和银氨离子之间电流置换反应制备了具有核壳结构的Ag@Al2O3纳米树枝晶。通过SEM、TEM、XRD等表征手段对样品进行了形貌和结构表征。结果表明,所制备的银纳米树枝晶具有面心立方结构;无定型Al2O3薄膜均匀地沉积在银树枝晶上,能有效阻止纳米银的氧化,并且有助于保持银树枝晶的形貌。采用抑菌圈法、肉汤稀释法测试了样品的抗菌性能。结果表明,所制备的样品最小抑菌浓度(MIC)和最小杀菌浓度(MBC)与Ag颗粒的相比稍大,这可能是由于银纳米树枝晶粒度较大,水分散性较差,与细菌的作用接触面积小所引起的。抑菌圈法测得Ag@Al2O3纳米树枝晶对绿脓杆菌和金黄色葡萄球菌均有较好的抑菌效果,表明其具有良好的抑菌性。