纳米银/天然高聚物复合抗菌溶胶的合成及其性能研究

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微生物对传统抗生素耐荮性日渐增强,人们对抗菌材料、抗菌制品的需求不断增加。纳米银无机抗菌剂具有抗菌力强、耐久性好、抗菌谱广、不易产生耐药性、安全性高等特点,因而作为一种长效、安全的高效无机抗菌剂,在生物医学领域中得到越来越广泛的应用。但纳米银粒子粒径小,表面活性高,在制备过程中极易团聚,导致应用时失去纳米颗粒应有的物性和功能。将纳米银(Ag)粒子与天然可降解生物高分子复合后制备的抗菌溶胶,既可保证纳米Ag粒子的均匀分散,又可提高纳米Ag粒子的抗菌稳定性,该溶胶具有天然、安全和可降解的优势,可拓宽其在生物医药领域中的应用。因此,本论文以硝酸银(AgNO3)为前驱体,壳聚糖(Chitosan,简写为CTS)和淀粉(Starch,简写为ST)作为稳定剂和保护剂,采用液相反应法和微波辅助加热法,通过不同的还原剂,制备了一系列纳米银/天然高分子复合抗菌溶胶。1.采用一种简单的液相化学反应法,以可溶性淀粉为保护剂,以硼氢化钠(NaBH4)为还原剂,在加热搅拌条件下,制备了纳米银/淀粉(Ag/ST)核壳复合颗粒及纳米Ag/ST复合溶胶;讨论了制备工艺如淀粉用量、还原剂浓度、反应温度、反应时间和pH值对形成的纳米Ag/ST溶胶的影响。结果表明:在ST用量为0.5%(质量比),NaBH4/Ag+离子的摩尔比为2:1,初始溶液的pH值为8.0的条件下,使用NaBH4强还原剂制备的纳米Ag/ST复合粒子的粒径小、分布均匀、稳定性好;该复合颗粒呈核壳结构,颗粒粒径为5-20nm, ST壳厚度为2nm。2.以绿色环保的葡萄糖为还原剂,淀粉为保护剂,用液相化学还原法制备了纳米Ag/ST的复合抗菌溶胶。结果表明初始溶液的pH值、葡萄糖用量是影响反应产物形貌的重要因素。较好的制备工艺是:AgNO3浓度为0.05-0.10mol/L,葡萄糖与AgNO3用量比为3:1,温度为70℃条件下反应120min。制备的纳米Ag/ST复合粒子仍呈球形核壳结构,平均粒径约为25nm,粒径分布均匀。但由于葡萄糖为弱还原剂,纳米Ag/ST的产率相对较低。3.以柠檬酸钠(Sodium Citrate简写为Citra)为还原剂,淀粉为保护剂,用液相化学还原法制备了纳米Ag/ST核壳结构的复合抗菌溶胶。结果表明:较好的制备工艺是Citra与AgNO3摩尔比为3:1,温度为70℃条件下反应120min。制备的纳米Ag/ST复合粒子大部分呈球形,少量为椭球形核壳结构,粒径约在30nm。4.利用CTS为稳定剂和柠檬酸钠为还原剂,在微波辐射条件下绿色合成纳米银/壳聚糖(Ag/CTS)复合溶胶。结果表明:CST/Ag+为3:1(摩尔比)、pH值为6-7、微波辐射功率为中火、辐照时间为25min左右时,所得球形银纳米粒子径小、粒径约30nm左右。5.以大肠杆菌(E.coli)和金黄色葡萄球菌(S.aureus)为测试菌种,用抑菌圈法和最小抑菌浓度(MIC)研究了纳米Ag/ST和Ag/CTS复合溶胶的抗菌性能。结果表明:该复合溶胶具有优良的抗菌活性,银粒子的尺寸越小、分布越均匀,其抗菌活性也越强;通过化学还原法、微波法制备的纳米Ag/ST和Ag/CTS溶胶的MIC分别为125ppm和300ppm,两者的杀菌率均超过了99.9%;Ag/CTS复合抗菌剂具有比单一抗菌剂更高效的抗菌性能;探讨了Ag纳米粒子和CTS的复合抗菌机理,二者具有协同抗菌作用。综上所述,所制备的纳米Ag/ST和Ag/CTS复合溶胶作为一种天然无机抗菌材料,无毒,可降解,并具有优异的抗菌性能,可广泛应用于纺织品和生物医药领域。
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