氮氟共掺杂二氧化钛涂膜的制备及杀菌性能

摘要

利用氮、氟元素的掺杂对传统TiO2进行改性,可以将其响应光波长范围扩大到可见光区,同时增大其在紫外光区光催化效率。本课题就氮、氟共掺杂的TiO2薄膜的制备,性质及其抗菌效果进行了研究,探讨了其对不同类型菌种的灭活作用,并研究了光催化膜与抗生素共同作用耐药菌株的灭活效果。主要内容如下:
　　 利用改进的溶胶-凝胶法制备了氮、氟共掺杂TiO2纳米颗粒(N-F-TiO2),使用丝网印刷法制备了光催化薄膜并进行了表征。结果显示N元素以N-Ti-O成键的形式掺杂在晶体中,F元素以表面吸附和晶格掺杂的形式存在；与TiO2相比,N-F-TiO2光吸收起始位置有明显红移:膜表面颗粒分布均匀,并呈现多孔状结构。
　　 系统地研究了光催化膜对细菌的灭活作用。从光源、光催化时间、细菌种类及浓度、营养体细胞及芽孢等不同方面探究了N-F-TiO2光催化膜的杀菌性能。结果表明,与TiO2相比,N-F-TiO2在可见光和紫外光下对革兰氏阴性菌大肠杆菌具有较强的杀灭作用,紫外光催化60min,初始浓度为105CFU／mL大肠杆菌相对存活率降低到0,可见光下为10％,并随大肠杆菌初始浓度的升高而增大；在相同光催化条件时革兰氏阳性细菌相对存活率略高于革兰氏阴性细菌,芽孢的相对存活率比营养体细胞高80％左右。大肠杆菌细胞损伤检测结果表明在紫外光作为光催化激发光源时,菌悬液中脂质过氧化物(MDA)含量在30min时达到最大值(1.4nmol／mg干细胞重),可见光下40min时达到最大值(0.9mol／mg干细胞重)。芽孢悬液中MDA含量较高,且在60min光催化过程中不断上升。探讨了光催化对芽孢耐热性影响,结果表明紫外光光催化时间为40min时芽孢的耐热能力开始下降,并随光催化时间的延长而不断减弱,可见光为光源时该时间点延长至50min。
　　 以氯霉素和卡那霉素的大肠杆菌耐药菌株为模型,探究了N-F-TiO2膜对菌株耐药程度的影响。实验结果表明光催化明显改变了耐药菌株的耐药性:在同浓度抗生素培养基中,光催化10min后耐药菌株的相对存活率低于相同光催化处理后的普通菌株和未经光催化的耐药菌株,其差距随光催化处理时间的增加而加大。初步研究还表明光催化处理60min后存活菌体的耐药性状并无明显改变。