卤胺/SiO2杂化抗菌纳米和磁性纳米材料的制备及性能研究

摘要

近年来，卤胺抗菌材料由于具有广谱杀菌性、长久抗菌功能、对人和环境安全、稳定性好、可再生等优点而引起研究者广泛的关注，广泛应用于医疗器械、医院、水净化系统、食品包装、食物保鲜、卫生设施等多个领域。卤胺抗菌材料的抗菌机理为通过释放氧化态氯离子，破坏或阻止细胞正常的新陈代谢作用，促使细菌死亡。根据卤胺化合物的抗菌机理，其抗菌效果与跟细菌的接触面有很大的关系，具有较大表面积的卤胺化合物可以提供更多的抗菌官能团与细菌接触，从而提高其抗菌效果。
　　由于纳米材料的小尺寸效应和表面界面效应，其具备巨大的应用潜力和良好的发展前景。因此，通过制备纳米尺寸的卤胺抗菌材料来增大其比表面积是提高抗菌效率的有效方法。二氧化硅是一种具有良好生物相容性的无机载体材料，如果通过独特的制备技术，使得二氧化硅纳米粒子结构上键合有卤胺官能团，充分利用二氧化硅纳米粒子的独特理化性质和空间结构以及卤胺官能团的强大抗菌功效和抗菌功能的可再生性，就有可能合成抗菌功效强大、性能更为优良的新型纳米抗菌材料。
　　在本论文中，我们制备了三种卤胺/SiO2杂化抗菌纳米材料，并研究了其对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的抗菌活性。另外，我们还引入了磁分离技术，为卤胺/SiO2杂化抗菌纳米材料的回收和分离提供了更加快速简便的方法。具体内容如下:
　　1、制备了一种卤胺/SiO2杂化抗菌纳米粒子材料(Cl-DMH/SiO2NPs)，并研究了反应条件对纳米粒子形貌的影响。利用最小抑菌浓度(MIC)法和最小杀菌浓度(MBC)法证明了Cl-DMH/SiO2NPs对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌都具有良好的抗菌效果，测试结果表明Cl-DMH/SiO2NPs对大肠杆菌的MIC和MBC分别为25μg/mL和30μg/mL。对金黄色葡萄球菌的MIC和MBC分别为15μg/mL和20μg/mL。还用抑菌圈法研究了纳米尺寸对大肠杆菌抗菌性能的影响，实验表明抗菌性能随着Cl-DMH/SiO2NPs粒径的减小而增大。此外，还发现Cl-DMH/SiO2NPs具有良好的稳定性和再生性。
　　2、制备了一种卤胺/SiO2杂化抗菌磁性纳米粒子材料(Cl-DMH/SiO2@Fe3O4NPs)，并利用多种测试手段对其进行了表征。通过抗菌实验研究了材料浓度和接触时间对抗菌性能的影响，测试结果表明Cl-DMH/SiO2@Fe3O4NPs对大肠杆菌的MIC和MBC分别为30μg/mL和40μg/mL。对金黄色葡萄球菌的MIC和MBC分别为25μg/mL和30μg/mL。浓度为30μg·mL-1的Cl-DMH/SiO2@Fe3O4NPs分别在60min和120min内可以将浓度约为107CFU/mL大肠杆菌和金黄色葡萄球菌全部杀死。抗菌结果表明Cl-DMH/SiO2@Fe3O4NPs对大肠杆菌的抗菌性能优于金黄色葡萄球菌。Cl-DMH/SiO2@Fe3O4NPs良好的再生性说明其杀菌所消耗的卤胺官能团上的氧化态氯能够通过简单的氯化处理而再生。
　　3、制备了一种受阻卤胺/SiO2杂化抗菌纳米粒子材料(Cl-HA/SiO2NPs)，并研究了反应物比例、温度和反应时间对Cl-HA/SiO2NPs的氧化态氯含量的影响，通过TEM、XPS、FESEM、TGA和BET对其进行表征。利用振荡法证明了Cl-HA/SiO2NPs对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌都具有良好的抗菌效果。测试结果表明Cl-HA/SiO2NPs可以在7min内将大肠杆菌杀死，10min内将金黄色葡萄球菌杀死，表明了其杀菌性能很高效。此外，Cl-HA/SiO2NPs的稳定性非常好。
　　综上所述，本论文设计制备了三种卤胺/SiO2杂化抗菌纳米材料，通过缩小材料尺寸有效提高了卤胺的抗菌活性。另外，通过引入磁分离技术，使卤胺抗菌材料的分离和回收变得更加简单快速。

目录

摘要

第一章 综述

1．1 微生物的危害

1．2 抗菌材料

1．2．1 抗菌剂的分类

1．2．2 抗菌性能测试方法

1．3 杂化纳米材料

1．3．1 杂化纳米材料的概念及性质

1．3．2 杂化纳米材料的分类

1．3．3 杂化纳米材料的制备

1．3．4 杂化纳米材料的应用

1．4 磁性纳米材料

1．4．1 磁性纳米材料简介

1．4．2 磁性纳米材料性质和应用

1．5 本论文的研究内容、目的、意义和创新性

第二章 卤胺／SiO2杂化纳米粒子(Cl-DMH／SiO2 NPs)的制备及其抗菌性能研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 试剂及仪器

2．2．2 3-(5，5-二甲基海因)丙基三乙氧基硅烷(TS-DMH)的合成

2．2．3 DMH／SiO2 NPs的制备

2．2．4 Cl-DMH／SiO2 NPs的制备

2．2．5 Cl-DMH／SiO2 NPs的抗菌性能测试

2．2．6 Cl-DMH／SiO2 NPs的稳定性及再生性测定

2．3 结果与讨论

2．3．1 DMH／SiO2 NPs的制备

2．3．2 DMH／SiO2 NPs的红外光谱分析

2．3．3 DMH／SiO2 NPs的比表面积(BET)分析

2．3．4 Cl-DMH／SiO2 NPs合成

2．3．5 Cl-DMH／SiO2 NPs和DMH／SiO2 NPs的表征

2．3．6 Cl-DMH／SiO2 NPs的抗菌性能研究

2．3．7 Cl-DMH／SiO2 NPs的稳定性与再生性

2．4 本章小结

第三章 卤胺／SiO2杂化磁性纳米粒子(Cl-DMH／SiO2@Fe3O4 NPs)的制备及其抗菌性能研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 试剂及仪器

3．2．2 四氧化三铁纳米粒子(Fe3O4 NPs)的制备

3．2．3 3-(5，5-二甲基海因)丙基三乙氧基硅烷(TS-DMH)的合成

3．2．4 DMH／SiO2@Fe3O4 NPs的制备

3．2．5 Cl-DMH／SiO2@Fe3O4 NPs的制备

3．2．6 Cl-DMH／SiO2@Fe3O4 NPs的抗菌性能测试

3．2．7 Cl-DMH／SiO2@Fe3O4 NPs的稳定性及再生性测定

3．3 结果与讨论

3．3．1 DMH／SiO2@Fe3O4 NPs粒径及形貌分析

3．3．2 DMH／SiO2@Fe3O4 NPs的红外光谱分析

3．3．3 DMH／SiO2@Fe3O4 NPs的XRD分析

3．3．4 DMH／SiO2@Fe3O4 NPs的比表面积和孔径分析

3．3．5 DMH／SiO2@Fe3O4 NPs和Cl-DMH／SiO2@Fe3O4 NPs的表征

3．3．6 Cl-DMH／SiO2@Fe3O4 NPs的抗菌性能测试

3．3．7 Cl-DMH／SiO2@Fe3O4 NPs的稳定性和再生性测试

3．4 本章小结

第四章 受阻卤胺／SiO2杂化纳米粒子(Cl-HA／SiO2 NPs)的制备及抗菌性能研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 试剂及仪器

4．2．2 受阻胺HA的合成

4．2．3 受阻胺杂化纳米粒子(HA／SiO2 NPs)的合成

4．2．4 Cl-HA／SiO2 NPs的制备

4．2．5 Cl-HA／SiO2 NPs抗菌性能测试

4．2．6 Cl-HA／SiO2 NPs的稳定性及再生性测定

4．3 结果与讨论

4．3．1 HA／SiO2 NPs的粒径及形貌分析

4．3．2 实验条件对Cl-HA／SiO2 NPs上氧化态氯含量的影响

4．3．3 HA／SiO2 NPs的红外谱图(FT-IR)分析

4．3．4 HA／SiO2 NPs的比表面积和孔径分布(BET)图

4．3．5 HA／SiO2 NPs和Cl-HA／SiO2 NPs的表征

4．3．6 Cl-HA／SiO2 NPs的抗菌性能研究

4．3．7 Cl-HA／SiO2 NPs的稳定性和再生性测试

4．4 本章小结

参考文献

致谢

硕士期间主要研究成果

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