纳米氧化镁氧空位和形貌调控及其抗菌机理研究

来源 :大连海事大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chaizw
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纳米MgO材料在抗菌领域有着广泛的应用,其氧空位缺陷和特殊形貌对抗菌效率有重要影响,因此设计开发富含氧空位与特殊形貌的纳米MgO抗菌材料是一项具有科研价值和实用意义的研究。本论文围绕构建纳米MgO的氧空位缺陷、调变表面形貌及改善抗菌性能展开了研究工作。采用不同的策略,调控纳米MgO氧空位的同时调变其表面形貌,协同提高纳米MgO的活性氧(ROS)抗菌和结构杀菌性能。主要研究结果如下:(1)利用酸刻蚀改性方法,有效暴露了纳米MgO的氧空位。酸处理后纳米MgO表现出远高于纯MgO的抗菌性能,在p H=2的盐酸溶液中浸渍1 h后获得的H-MgO存活E.coli菌落从120减少到54(10~2 CFU/m L)。这归因于酸刻蚀作用使得纳米MgO晶格畸变,进而暴露了更多的氧空位。此方法简便高效,由此调控的纳米MgO氧空位可介导产生ROS,其中·O2-对E.coli的抗菌贡献大于H2O2和·OH。(2)采用不同温度下煅烧的策略,调控了纳米MgO氧空位。水热-煅烧法制备的纳米MgO保持了前驱物的形貌而且无其它杂相。当煅烧温度为450°C时,750μg/m L纳米MgO对10~8 CFU/m L的E.coli抗菌率大于99.9%。这归因于通过调变空气煅烧的温度可以增加纳米MgO氧空位的含量,从而有效提高·O2-的产生量。纳米MgO使用量在2.0 mg/cm~2以上时,所制备的无纺布对E.coli的抗菌率均高于99%。(3)相比于空气气氛,无氧煅烧制备的纳米MgO材料具有更高的氧空位含量,其抗菌率由64.8%提高至93.2%。氧空位介导生成ROS,透过细胞壁进入E.coli体内,ROS在其体内积累从而高效灭活细菌。同时,增加的氧空位可促使纳米MgO水解产生OH-,增强抗菌环境的碱性以维持ROS的化学稳定性。(4)首次利用无氧煅烧与锂掺杂相结合的策略,协同调控纳米MgO的氧空位,制备出具有优异抗菌性能的锂掺杂纳米MgO。在Li/MgON使用浓度为100μg/m L时,对E.coli(10~8 CFU/m L)抗菌率达到99.6%,在较低浓度下即可达到理想的抗菌效果。这归因于无氧煅烧和Li掺杂协同构建了丰富的氧空位并且提高了材料的碱性。(5)利用化学沉淀法合成了多层锋利刀片形貌的纳米MgO材料,该材料具有显著的快速杀菌和强抑菌能力。在2 h内,纳米MgO完全抑制了E.coli的生长。再通过调节P掺杂量,可以在保持此种特定结构的前提下调控纳米MgO的氧空位含量。基于结构杀菌和ROS抗菌的协同效应,100μg/m L的P-MgO-3对E.coli抗菌率接近100%。
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