接枝型水不溶抗菌材料的制备及其抗菌特性

摘要

本文合成了两类接枝型水不溶抗菌材料，并较深入地研究了它们的抗菌性能与抗菌机理。 首先采用“grafting from”的方式，将聚苯乙烯(PSt)接枝于硅胶微粒表面，制备了接枝微粒PSt/SiO2，然后用新型氯甲基化试剂1,4-二氯甲氧基丁烷(BCMB)，对接枝的PSt进行氯甲基化反应，制得了接枝有氯甲基聚苯乙烯(CMPSt)的接枝微粒CMPSt/SiO2。使用三乙胺(TEA)、三丁胺(TBA)、三苯基膦(TPP)对CMPSt大分子链上苯环的氯甲基实施了季铵化反应和季鳞化反应，最终制得了固载有季铵盐及季鳞盐的水不溶高分子抗菌材料QN-PSt/SiO2和QP-PSt/SiO2。用红外光谱(FTIR)与化学分析法对功能微粒QN-PSt/SiO2和QP-PSt/SiO2的化学结构进行了表征，研究了各种因素对CMPSt/SiO2季铵化反应、季鳞化发应的影响规律。研究结果表明，接枝微粒CMPSt/SiO2的季铵化反应比较容易进行，溶剂性质、叔胺试剂的种类及温度对CMPSt/SiO2的季铵化反应都有影响。使用CMPSt的良溶剂与空间位阻小的叔胺试剂TEA，所得产物的季铵化度比较高。 以大肠杆菌(E,coli)为致病菌体，重点研究了QN-PSt/SiO2与QP-PSt/SiO2的抗菌活性；采用平板活菌记数法考察了季铵(鳞)化度及pH值等因素对其抗菌性能的影响规律；并采用TTC-脱氢酶活性测定与胞外RNA和DNA含量测定两种方法，研究了它们的抗菌机理。研究结果表明，QN-PSt/SiO2与QP-PSt/SiO2具有很强的抗菌能力，对浓度为109CFU/mL的菌悬液，在药剂量为15g/L、接触时间为1～4min的条件下，抗菌率可达100％；季鳞盐型的功能微粒QP-PSt/SiO2，其抗菌性能远比季铵盐型的功能微粒QN-PSt/SiO2要强；以三丁胺为季铵化试剂制备的QN-PSt/SiO2(TBA)，其抗菌性能优于以三乙胺为季铵化试剂制备的QN-PSt/SiO2(TEA)；两种功能微粒的季铵(鳞)化度对其抗菌性能影响很大，季铵(鳞)化度越高，抗菌性能越好；在一定的pH值范围内，pH值越高，抗菌性能越好。TTC-脱氢酶活性测定与胞外RNA和DNA含量测定结果表明，水不溶抗菌材料QN-PSt/SiO2与QP-PSt/SiO2的抗菌机理是基于杀菌过程，而不只是抑菌作用。 接着，本文合成了基于聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)的水不溶抗菌材料。将N-乙烯基吡咯烷酮接枝聚合到硅胶表面，制得接枝微粒PVP/SiO2，然后使接枝微粒PVP/SiO2在乙醇溶液中与碘发生络合反应，形成水不溶的聚维酮碘PVP-I2/SiO2，即实现了聚维酮碘的固载化。用红外光谱(FTIR)与化学分析法对功能微粒PVP-I2/SiO2的化学结构与组成进行了表征。研究结果表明，PVP/SiO2与碘的络合反应适宜的温度为60℃，经12h后达到络合平衡，络合度随溶液中碘浓度的增大而提高，最大的络合度约为0.16％(wt％)。 以大肠杆菌为致病菌体，采用平板活菌计数法研究了PVP-I2/SiO2的杀菌性能。固载化的功能微粒PVP-I2/SiO2具有很强的杀菌能力，在药剂量为5g/L的条件下，与浓度为109CFU/mL的菌悬液接触3min，即可使杀菌率达100％；胞外DNA和RNA测定与TTC-脱氢酶活性测定结果验证了水不溶聚维酮PVP-I2/SiO2的抗菌机理与线形的聚维酮碘一样，是基于杀菌过程。

目录

文摘

英文文摘

声明

1本课题的研究背景及意义

1.1杀菌剂的发展现状

1.1.1饮用水消毒技术的发展现状

1.1.2水不溶高分子抗菌材料

1.2本课题的研究目标

2本课题的研究内容及方案

2.1制备与表征水不溶抗菌材料QN-PSt／SiO2与QP-PSt／SiO2

2.1.1制备与表征接枝微粒CMPSt／SiO2

2.1.2功能微粒QN-PSt／SiO2与QP-PSt／SiO2的制备及表征

2.2研究QN-PSt／SiO2与QP-PSt／SiO2的抗菌特性与抗菌机理

2.3制备与表征水不溶抗菌材料PVP-I2／SiO2及其抗菌特性的研究

3基于聚苯乙烯制备接枝型水不溶抗菌材料

3.1试验部分

3.1.1原料与仪器

3.1.2接枝微粒PSt／SiO2的制备

3.1.3接枝微粒CMPSt／SiO2的制备

3.1.4接枝微粒CMPSt／SiO2的季铵(鏻)化反应

3.1.5各种微粒的表征

3.2结果与讨论

3.2.1接枝聚苯乙烯的氯甲基化过程

3.2.2接枝氯甲基聚苯乙烯的季铵(鏻)化过程

3.2.3水不溶抗菌材料化学结构的表征

3.2.4催化剂种类与用量对接枝PSt氯甲基化过程的影响

3.2.5各种条件对接枝微粒CMPSt／SiO2季铵(鏻)化反应的影响

3.3本章小结

4基于聚苯乙烯的接枝型水不溶抗菌材料的抗菌特性

4.1试验部分

4.1.1原料与仪器

4.1.2制备功能微粒QN-PSt／SiO2与QP-PSt／SiO2

4.1.3测定功能微粒QN-PSt／SiO2与QP-PSt／SiO2的抗菌能力

4.1.4考察各种因素对QN-PSt／SiO2与QP-PSt／SiO2抗菌能力的影响

4.1.5探索功能微粒QN-PSt／SiO2与QP-PSt／SiO2抗菌机理的探索

4.2结果与讨论

4.2.1不同季铵(鏻)化度的抗菌材料

4.2.2 QN-PSt／SiO2与QP-PSt／SiO2对大肠杆菌的抗菌能力

4.2.3季铵(鏻)化度对抗菌能力的影响

4.2.4季铵(鏻)盐的结构对抗菌能力的影响

4.2.5 pH值对抗菌性能的影响

4.2.6 QN-PSt／SiO2与QP-PSt／SiO2的抗菌机理

4.3本章小结

5基于聚维酮碘的接枝型水不溶抗菌材料的制备、表征及抗菌特征

5.1试验部分

5.1.1原料与仪器

5.1.2功能微粒PVP-I2/SiO2的制备与表征

5.1.3功能微粒PVP-I2／SiO2对大肠杆菌抗菌能力的测定

5.1.4考察络合度对功能微粒PVP-l/SiO2抗菌能力的影响

5.1.5功能微粒PVP-I2／SiO2杀菌机理的验证

5.2结果与讨论

5.2.1制备功能微粒PVP-I2／SiO2的反应过程

5.2.2功能微粒PVP-I2／SiO2的表征

5.2.3各种因素对PVP／SiO2与碘络合反应的影响

5.2.4功能微粒PVP-I2／SiO2的杀菌能力

5.2.5络合程度对杀菌率的影响

5.2.6功能微粒PVP-I2／SiO2的杀菌机理

5.3本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所取得的研究成果

致谢