银-金属氧化物复合纳米结构制备及其光增强抗菌性能研究

来源 :中国科学技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tianlanzhijian
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细菌是可以引起致命感染的微生物,因此,抗菌材料对人类健康和安全具有重要意义。银纳米颗粒和金属氧化物纳米颗粒分别通过释放出银离子和生成活性氧(ROS)有效的杀死细菌,是目前应用最广泛的两种无机纳米抗菌剂。然而,银颗粒易发生团聚以及ROS生成效率低的问题,严重限制了银纳米颗粒和金属氧化物纳米颗粒抗菌性能的进一步提高。如何有效加快银离子的释放和提高ROS的生成效率,从而增强无机纳米抗菌剂的杀菌性能是迫切需要解决的问题。本论文通过构建银-金属氧化物复合纳米结构,并利用表面等离子体共振效应提高ROS生成和离子释放,从而实现了光辐照下抗菌活性的显著增强。取得的主要成果如下:(1)以十六烷基三甲基氯化铵为稳定剂,通过液相法制备了 Ag-ZnO核壳纳米颗粒。改变Zn/Ag的摩尔比,得到了不同尺寸的Ag-ZnO核壳纳米颗粒。通过检测Ag-ZnO核壳结构的抗菌活性,发现Ag-ZnO纳米颗粒对大肠杆菌(E.coli)和金黄色葡萄球菌(S.aureus)的最小抑菌浓度(MIC)分别为9.1 mg L-1和18.1 mg L-1,与黑暗条件下相比,分别降低了 74%和49%,表现出比单独的Ag和ZnO颗粒更强的光增强杀菌效果。ROS种类分析和离子释放研究表明,Ag-ZnO核壳纳米颗粒优异的抗菌性能是光诱导生成的单线态氧和羟基自由基以及Zn离子释放的共同作用。(2)以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为稳定剂,通过液相法制备了 Ag-CuO复合纳米颗粒。通过进一步调控PVP的用量,得到复合结构最佳的制备条件,即PVP的分子量为40000、浓度为110 mM。以E.coli和S.aureus为模型菌,发现黑暗条件下的Ag-CuO复合纳米颗粒表现出比单独的Ag和CuO颗粒更强的抗菌活性。经模拟太阳光辐照10 min后,Ag-CuO复合结构的杀菌效果显著增强,对E.coli和S.aureus的MIC值分别降低了 93%和66%。通过定量检测ROS生成水平和离子释放量,得出Ag-CuO复合纳米颗粒显著的光增强杀菌性能是单线态氧和光辐照促进Ag离子释放共同作用的结果。
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