聚乙烯亚胺修饰的磁性四氧化三铁--还原氧化石墨烯--银纳米复合材料光热杀菌性能的研究

摘要

长期以来，有害细菌的传播和蔓延严重威胁着人类的健康。银纳米粒子具有良好的杀菌性能，对细菌的抑制作用较强，但由于银纳米粒子自身的不稳定性，极容易团聚，故其在杀菌方面的应用受到一定的限制。本文通过在聚乙烯亚胺修饰的磁性四氧化三铁-还原氧化石墨烯材料(rGO-Fe3O4)的表面，原位生长银纳米粒子的方式，制备了Ag@rGO-Fe3O4-PEI纳米复合材料。这种方式所制备的银纳米复合材料，银纳米粒子的稳定性高，且具备良好的光热效应，在红外光照射条件下即可进行可控性的释放银离子进行杀菌。 采用三步法合成Ag@rGO-Fe3O4-PEI纳米复合材料，首先用Hummers法合成氧化石墨烯，将氧化石墨烯和一定量的铁源（Fe3+/Fe2+）混合机械搅拌1h。再加入适量的聚乙烯亚胺反应过夜。最后将不同比例的硝酸银溶液和rGO-Fe3O4-PEI纳米复合材料混合，室温条件下反应一段时间，加入过量的抗坏血酸继续搅拌，使银纳米粒子原位生长到rGO-Fe3O4-PEI纳米复合材料的表面。 采用傅立叶-红外光谱、紫外-可见光谱、X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等手段对复合材料进行表征。实验结果显示当载银量与rGO-Fe3O4-PEI按15∶1和20∶1质量配比所制得的Ag@rGO-Fe3O4-PEI纳米复合材料具有良好的杀菌性能。氧化石墨烯的引入有效提高了复合材料对大肠杆菌的吸附，同时使银纳米粒子稳定性增强，从而提高了材料的杀菌性能。 最后，对照未修饰银纳米粒子的rGO-Fe3O4-PEI材料和未进行光照的Ag@rGO-Fe3O4-PEI纳米复合材料做杀菌（以大肠杆菌为实验对象）实验，并对其光热转换性能和杀菌性能进行了研究。结果表明，修饰了银纳米粒子和利用红外激光光照后，Ag@rGO-Fe3O4-PEI纳米复合材料具有一定的光热转换效应，同时Ag@rGO-Fe3O4-PEI纳米复合材料的杀菌性能明显增强，随着复合材料载银量的增加和红外光光照时间的延长，Ag@rGO-Fe3O4-PEI杀菌效果越好。当采用浓度为0.100μg mL-1的最佳载银量的Ag@rGO-Fe3O4-PEI复合材料光照0.5min就可以将99.9％的大肠杆菌(106～107cfu mL-1)杀死，10min可将大肠杆菌全部杀死。

目录

声明

摘要

缩写表

第一章绪论

1．1引言

1．1．1臭氧杀菌

1．1．2热杀菌

1．1．3高压杀菌

1．1．4辐照杀菌

1．1．5脉冲电场杀菌

1．1．6化学药物杀菌

1．2微生物

1．2．1微生物的特征

1．2．2微生物的结构和分类

1．2．3微生物的检测

1．2．4细菌

1．2．5大肠杆菌

1．3纳米抗菌材料

1．3．1纳米材料

1．3．2纳米抗菌材料的分类

1．3．3金属纳米抗菌材料

1．4银纳米材料

1．4．1银纳米材料简介

1．4．2银纳米材料杀菌机理

1．5石墨烯和氧化石墨烯

1．5．1石墨烯(GR)

1．5．2氧化石墨烯(Graphene Oxide，GO)

1．6光热治疗

1．6．1光热治疗的反应原理

1．6．2红外光光热治疗及光热杀菌材料

1．7磁性材料简介

1．7．1磁性四氧化三铁纳米材料

1．7．2磁性纳米材料的应用前景

1．8高分子聚合物

1．8．1超支化聚合物简介

1．8．2超支化聚合物的应用

1．8．3聚乙烯亚胺(PEI)

1．9选题思路

第二章银纳米复合材料的制备、表征及杀菌性能的研究

2．1引言

2．2实验部分

2．2．1实验仪器

2．2．2实验试剂

2．2．3培养基的组成及配制

2．2．4 Ag@rGO-Fe3O4-PEI复合材料的制备

2．2．5 Ag@rGO-Fe3O4-PEI材料的表征

2．2．6探究Ag@rGO-Fe3O4-PEI的光热及杀菌性能

2．3结果与讨论

2．3．1复合材料的表征

2．3．2 Ag@rGO-Fe3O4-PEI的光热性能和杀菌性能的研究

2．4本章小结

第三章结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文