载银硅藻土抗菌材料的制备及性能研究_王斌.pdf
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1、2023 年第 2 期科研与开发目前,细菌感染和疾病很常见,通常用抗生素治疗,但病原菌多耐药性的出现降低了抗生素的有效性 1。常规抗生素的频繁和不适当使用导致临床治疗效果降低 2,而无机抗菌剂不会使细菌产生耐药性,因此,备受人们青睐。纳米银颗粒(AgNPs)作为抗菌试剂具有良好的耐热性 3,灭菌持久性和广谱抗菌性 4,5,并且作用模式是与细胞壁直接接触,不会使细菌产生耐药性,提高了抗菌效果 6。但纳米银容易在溶液中聚集,会降低纳米银的抗菌性能 7,且纳米银粒子很难从溶液中分离,这很大程度上限制了纳米银粒子的应用,而通过载体负载纳米银是一种很好的解决方法。硅藻土(DE)主要由古代硅藻的遗骸组成,
2、其规则而独特的三维孔道使其具备一些特殊的物理化学性质 8,包括高孔隙率、亲水性、高比表面积和高吸载银硅藻土抗菌材料的制备及性能研究*王斌,靳梦月,胡雨虹,谭忠阳,常军(沈阳理工大学 材料科学与工程学院,辽宁 沈阳 110159)摘要:以硅藻土为载体,AgNO3溶液为前驱体溶液,银氨溶液为反应溶液,采用二步法制备了载银硅藻土。讨论了制备载银硅藻土时影响硅藻土载银量的因素,结果表明,当紫外辐射 20min,银氨溶液浓度为0.3mol L-1,反应温度 45,反应时间 60min 时适合制备载银硅藻土。用 X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)及能谱(EDS)对载银硅藻土结构进行了表征。XRD谱
3、图表明,纳米银已经很好的负载到了硅藻土表面和微孔中,且这种纳米银为面心立方结构。能谱分析表明,产物载银量高达 12.39%。还研究了对载银硅藻土的抗菌效果,结果表明,载银硅藻土对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌有较好的抑制效果,抑菌圈的宽度分别为 16mm 和11mm,最小抑菌浓度稳定在 250g mL-1。关键词:硅藻土;纳米银;二步法制备;含银量;抗菌性能中图分类号:TQ320.4文献标识码:APreparation and properties of silver-carrying diatomite antibacterial materials*WANG Bin,JIN Meng-yue,H
4、U Yu-hong,TAN Zhong-yang,CHANG Jun(School of Material Science&Engineering,Shenyang Ligong University,Shenyang 110159,China)Abstract:Silver-carrying diatomite was prepared by two-step method using inorganic porous material diatomite as carrier,silver nitrate solution as precursor solution,and silver
5、ammonia solution as reaction solution.Through orthogonal experiments,the factors affecting the silver carrying capacity of diatomite in the preparation ofsilver-carrying diatomite are analyzed.The results show that when the ultraviolet lamp radiates for 20 minutes,theconcentration of silver ammonia
6、solution is 0.3mol L-1,the reaction temperature is 45,and the reaction time is60min,it is suitable for the preparation of silver-carrying diatomite.The structure of silver-carrying diatomite wascharacterized by X-ray diffraction(XRD),scanning electron microscope(SEM),energy dispersive spectrometer(E
7、DS).The XRD spectrum shows that nanosilver has been well loaded into the surface and micropores of diatomite,and this nanosilver is the face-centered cubic structure.Energy spectrum analysis shows that the silvercontent of the product is as high as 12.39%.The antibacterial effect of silver-bearing d
8、iatomite was studied.Theresults showed that silver-bearing diatomite has a good inhibitory effect on Escherichia coli and Staphylococcus aureus.The width of the antibacterial ring is 16mm and 11mm respectively,and the minimum antibacterial concentration is stable at 250g mL-1.Key words:diatomite;nan
9、o silver;two step method;silver content;antibacterial propertyDOI:10.16247/ki.23-1171/tq.20230208收稿日期:2022-09-21基金项目:辽宁省教育厅高等学校基本科研项目(LJKZ0253);国家级大学生创新创业项目(202110144017)作者简介:王斌(1998-),男,硕士研究生在读,研究方向:高分子医用抗菌敷料。通信作者:常军(1976-),男,副教授,博士研究生,研究方向:生物医药高分子材料。Sum329 No.2化学工程师ChemicalEngineer2023 年第 2 期2023
10、年第 2 期附特性,并且价格低廉 9,10,具备很好的生物相容性,适合作为载体材料。Hanh 11 等人提出通过电子束辐照 AgNO3溶液和硅藻土的混合液将 Ag+还原为AgNPs 沉积到 DE 上,但这种方法效率较低,制备的产物载银量也比较低。为了提高产物载银量,本研究采用二步法制备载银硅藻土,考察了紫外辐照时间,银氨溶液浓度,反应温度,反应时间等因素对产物载银量的影响,探索出最佳载银工艺条件,采用 XRD、SEM 及能谱对载银硅藻土进行表征,并对产物通过抑菌圈试验和细菌生长曲线试验进行抗菌效果测试。1实验部分1.1原料硅藻土(CP 吉林省嘉鹏硅藻土研发有限责任公司);葡萄糖(沈阳市新兴试剂
11、厂)、AgNO3(天津市风船化学试剂科技有限公司)、HCl、NH3 H2O(天津大茂化学试剂厂)、HNO3(沈阳市新华试剂厂)、NH4Fe(SO4)2(天津市瑞金特化学品有限公司)、NH4SCN(国药集团化学试剂有限公司),以上均为分析纯。1.2主要仪器与设备6511 型电动调速搅拌器(江苏金坛荣华仪器制造有限公司);101-1ES 型电热鼓风干燥箱(北京市永光明医疗仪器有限公司);WFH-203 型三用紫外分析仪(上海化科实验器材有限公司);KQ-50B 型超声清洗仪(昆山市超声仪器有限公司);303-00A型电热恒温培养箱(天津市天泰仪器有限公司);JSM280G 型蒸汽灭菌锅(宁波久兴医
12、疗器械有限公司);XMT 型水浴锅(余姚市雅兴仪器仪表有限公司);KSW-6-12 型马弗炉(北京市永光明医疗仪器有限公司);XRD-6100 型 X-射线衍射仪(日本岛津公司);S-3400N 型扫描电子显微镜(荷兰 Philips 公司);Evolution201 型紫外可见光分光光度计(美国赛默飞世尔科技公司)。1.3硅藻土的活化将 10g 硅藻土浸入 50mL 3mol L-1的 HCl 溶液中,在 60水浴锅中浸泡 2h,将硅藻土过滤取出,用蒸馏水反复洗涤至中性,然后用超声波振荡 5min,最后将硅藻土盛放于坩埚中,置于 450马弗炉中焙烧 2h,即得到充分活化的硅藻土。1.4载银硅
13、藻土的制备取 0.5g 活化后的硅藻土浸入 10mL 0.05mol L-1的 AgNO3溶液中,同时用 254nm 和 365nm 紫外灯照射一定时间,使硅藻土上生长银种子。利用 10mL不同浓度 AgNO3溶液和 2%NH3 H2O 制备银氨溶液,将制备好的银氨溶液加入 5mL 0.2mol L-1葡萄糖溶液中,将带有银种子的硅藻土浸渍于该溶液中,水浴条件下一定时间使银种子生长为纳米银后取出,即为载银硅藻土。1.5载银硅藻土载银量测试使用佛尔哈德法 12 进行载银量测试,取 0.2g 载银硅藻土于 250mL 锥形瓶中,加入 20mL 50%HNO3后充分振荡分散,将锥形瓶放入 75水浴锅
14、中不断摇动加热 30min,取出并加入 80mL 水,冷却至室温,加入 1mL NH4Fe(SO4)2饱和溶液作为指示剂,使用0.04878mol L-1的 NH4SCN 作为标准液进行滴定,直到溶液呈粉红色,摇动振荡 30s,溶液没有发生褪色即到达滴定终点,最终的载银量按式(1)进行计算。Ag%=CV107.87m1000100(1)式中C:NH4SCN 标准溶液的浓度,mol L-1;V:消耗 NH4SCN 标准溶液的体积 mL;m:载银硅藻土的质量 g;107.87:银的摩尔质量 g mol-1。1.6抑菌圈测试采用抑菌圈实验对载银硅藻土进行抑菌性能的测试,选用大肠杆菌(E.coli)和
15、金黄色葡萄球菌(S.aureus)作为测试菌种。首先将固体培养基加热融化后倒入培养皿中,等待融化后的培养基重新冷却凝固后分别加入 1D E.coli 和 S.aureus,用玻璃棒将菌悬液涂抹均匀,然后取少量载银硅藻土置于培养基表面,在 37恒温培养箱中培养 20h,测量抑菌圈宽度。1.7细菌生长曲线及最小抑菌浓度(MIC)测试通过绘制细菌生长曲线考察细菌在 40h 内的生长情况,细菌生长曲线就是选取不同的时间,利用紫外-可见光分光光度计测其透光率 T。并通过公式OD600=-lgT 计算出相应的光密度(OD 值)。首先,将测试样品分为空白组,实验组。在空白组中,在 4mL 的液体培养基中加入
16、 40L 菌悬液,37培养 40h;在实验组中,分别配制 2mL 浓度为 15.62,31.25,62.5,125,250g mL-1的样品溶液,将不同浓度的样品溶液加入到 2mL 液体培养基中,然后加入40L 菌悬液,震荡均匀,在 37恒温培养箱中培养40h。用紫外-可见光分光光度计测试 600nm 处各试管的溶液透光率 T。利用公式 OD600=-lgT 计算 OD王斌等:载银硅藻土抗菌材料的制备及性能研究*092023 年第 2 期值,然后绘制出 OD 值随时间的曲线图。通过细菌生长曲线判断最小抑菌浓度。2结果与讨论2.1载银硅藻土最优工艺条件确定以银含量为评价指标,考察紫外辐照时间,银
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