细菌纤维素载银材料的制备及其抗菌性能研究

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随着全球能源的缺乏,人类对可再生能源的关注越来越高。纤维素是生物质的主要成分之一,占生物质的含量为35-50%,同时也是一种重要的可再生资源。由于其丰富性和环保性,可再生性,生物相容性和生物降解性,使其成为替代石油基聚合物的良好替代品。细菌纤维素(BC)作为纤维素的一种,与植物纤维素相比较具有纯度高、纳米结构等优点,因此被广泛应用于医学、食品、造纸、电子等领域。本文主要以细菌纤维素作为基底和原料,提出了多种细菌纤维素载银的制备方法。通过分析表征,探究其抗菌性能。为快速检测载银材料中的银含量,提出了一种基于光谱法测定载银纤维素材料中银(Ag)的新方法。建立了两种校准模型紫外可见光谱法(模型1)和比值光谱导数分光度法(模型2)。当银离子(Ag~+)的浓度在AgCl悬浮系统中浓度小于1.0 mmol/L时,模型1的相关系数为0.9852。相比之下,模型2具有更广阔的检测范围,从0.0mmol/L到1.2 mmol/L,其相关系数大到为0.9941。模型2的标准偏差0.8080远低于模型1(1.0744),这解释了为什么前者具有更好的重现性。经实验验证,两种模型的平均相对误差分别为5.15%(模型1)和2.35%(模型2),表明模型2的可预测性优于模型1。与传统的测试方法相比,本文所提出的测试方法简单,人为误差减少,测试时间缩短。新方法具有很高的精度和准确度,并且在载银纤维素材料中银的测定结果令人非常满意。提出了一种基于种子核形成的载银纤维素纸的制备方法,作为一种高抗菌性能的功能材料。在本研究中,以Pd纳米粒子为种子核,使Ag沉积在Pd种子核,然后用更环保的酒石酸钾钠四水合物代替硼氢化钠激发Ag沉积反应。制备的Pd-Ag纤维素纸并探讨了其最优条件:硝酸银用量为30mg,反应温度为50°C,氧化还原反应时间为5min,酒石酸钾钠四水合物用量为200mg。经过Pluronic F-127改性的细菌纤维素的应力应变分别比未改性的细菌纤维素应力应变分别提高了81.1%和66.4%,杨氏模量提高了9.3%。同时对BC和BC-Pd-Ag进行大肠杆菌和金葡萄球菌的测试,得到BC-Pd-Ag的大肠杆菌和金葡萄球菌抑菌环为4.86mm和6.52mm,表明其具有很好的抗菌性能。采用多元醇法制备银纳米线。以硝酸银为银源,乙二醇为溶剂和还原剂,氯化铁为诱导剂,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为结构导向剂和保护剂制备出银纳米线,将制备的银纳米线和纤维素混合制备成导电纸。当氯化铁用量为1.5ml时,制备的银纳米线宽度为100nm,长度为20um,长径比为200。利用热重分析纤维素/Ag NWs材料中银纳米线附载的量为4.53%,测定纤维素/Ag NWs纸的电阻仅为0.9欧。同时抗菌实验表明导电纸的大肠杆菌和金葡萄球菌的抑菌环分别为3.7mm和1.5mm。因此纤维素/Ag NWs纸不仅仅具有导电功能,同时还具有抗菌功能。以聚多巴胺(PDA)为涂层,对细菌纤维素膜(BC)进行了改性。利用聚多巴胺(PDA)的粘附性来制备BC-PDA材料,其次在此基础上利用聚多巴胺的还原性原位还原银纳米颗粒制备BC-PDA-Ag抗菌材料。结果表明PDA处理后的细菌纤维素,其应力应变性能分别比纯细菌纤维素提高了86.24%、65.07%,同时赋予了更强的UV屏蔽能力,并且几乎可以阻挡整个UV区域(200-400nm)。抗菌实验证明新材料对大肠杆菌和金葡萄球菌具有很好的抑制效果,其抑菌环宽度分别为7.62mm、7.54mm。本文制备的材料杀菌效果好、强度高、制备过程简单能够广泛应用于杀菌材料和抗紫外材料领域。
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