凹凸棒石载银复合抗菌材料的制备、表征与应用

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目前,抗生素药物使用普遍,一方面起到了保护人们免于部分病菌危害的作用,另一方面也使得病菌的耐药性增强,进而使得抗生素的药效逐渐减弱。因此,人们迫切需要一种可以在抗菌过程不产生耐药性的抗菌物质。纳米银(Ag NPs)以及以纳米银为主要抗菌物质的复合材料在抗菌领域表现出的广谱性、高效性以及不产生耐药性的特性成为近年来研究的热点。但是纳米银的制备经常需要引入大量的还原剂和稳定剂,易产生二次污染,此外,很多纳米银复合材料存在着载银量少、银流失快和稳定性差等问题。本研究基于多巴胺(DA)自聚合形成聚多巴胺(PDA)的性质,将聚多巴胺作为还原剂和稳定剂,进行纳米银粒子在凹凸棒石(AT)表面的原位合成,制备条件简单,对环境的二次污染小。考察了不同影响因素(p H值、硝酸银浓度、温度)对复合抗菌材料中银的负载量的影响,并利用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)和Zeta电位等手段对复合抗菌材料的理化性质进行表征分析。通过最小抑菌浓度(MIC)和抑菌圈实验对复合抗菌材料的抗菌性能进行初步探索,利用抗菌曲线对复合抗菌材料中纳米银粒径和银形态对抗菌性能的影响机理进行初探。(1)复合抗菌材料制备过程中,随着反应p H的升高,银的负载量先降低后增加,在p H>10时负载量增加减缓;反应中提高硝酸银浓度,银的负载量持续增加,在硝酸银浓度大于12 mg/m L时,银的负载量提高缓慢;材料制备过程中温度在60℃时银的负载量最高,达到68.7 mg/g。(2)PDA-AT和PDA-AT/Ag复合抗菌材料的FT-IR谱图中出现酚羟基(-OH)和C-N键的伸缩振动峰,XPS高分辨率谱图中出现N1s信号峰。结果表明,聚多巴胺成功吸附在凹凸棒石表面;在p H<10时,PDA-AT/Ag复合抗菌材料的XPS谱图中只有Ag~0的信号峰,对应于XRD中出现的银的特征峰,且随着p H值得升高,特征峰逐渐降低,表明复合抗菌材料中的银以纳米银的形式存在且粒径逐渐减小;在p H>10时,PDA-AT/Ag复合抗菌材料的XPS谱图中出现了Ag+的信号峰,且相对Ag~0的信号峰占有更大比例,对应于XRD中出现的Ag2O特征峰,Ag~0的特征峰基本消失。结果表明,在p H>10之后,复合抗菌材料中出现了Ag2O,产生的原因可能是过高的p H值使得硝酸银中银离子被转变成Ag OH后又转变为稳定的Ag2O沉淀;制备过程中未加乙二醇的复合抗菌材料XPS出现了Ag+的特征峰。结果表明,PDA具有一定的还原选性,还需要乙二醇作为补充还原剂。综合分析结果表明,凹凸棒石载银复合抗菌材料的最佳制备工艺可选择p H=10、反应温度60℃以及硝酸银浓度12mg/m L的制备参数。(3)抑菌圈实验结果表明,AT和PDA-AT材料对大肠杆菌(E.coli)和金黄色葡萄球菌(S.aureus)都未表现出抑菌效果,PDA-AT/Ag复合抗菌材料周围出现了明显、透明的抑菌圈;PDA-AT/Ag-p H10复合抗菌材料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌最小抑菌浓度(MIC)分别为12.8μg/m L和25.6μg/m L;通过抗菌曲线实结果得出,相同银浓度条件下PDA-AT/Ag-p H10相较于PDA-AT/Ag-p H8和PDA-AT/Ag-p H12的抗菌效果更强。结果表明,复合抗菌材料中纳米银粒径越小,抗菌性能越好,同时,材料中Ag2O的出现影响了复合材料的抗菌性能。(4)通过对PDA-AT/Ag复合抗菌材料银离子释放速率的考察发现,PDA-AT/Ag-p H10材料相比其它实验组释放速率更快,10天内释放了17.1%,释放性能良好。纳米银缓慢释放可以增加复合抗菌材料的耐久性,但是,结合抗菌实验结果分析可知,过低的银释放速率会影响其抗菌性能。
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