镀银碳纳米管的抗菌性研究
纳米银在抗菌领域的研究进展
消毒工艺是生活饮用水处理中的一项重要工艺，目标是灭活水中多种病原微生物，对于保障人类的安全和健康有着重要意义。
各个国家均对饮用水的抗菌消毒予以高度重视。
传统的氯化消毒工艺过程中，氯会与水中天然有机物反应生成三卤甲烷和非挥发性的卤代有机物等消毒副产物（DBPs）。
其他的化学消毒工艺如二氧化氯、臭氧消毒等，也可能会使水中生成氯酸盐、亚氯酸盐、溴酸盐等DBPs。
DBPs对人体具有致癌、致畸、致突变的“三致”作用，严重威胁人们健康。
因此，在消毒过程避免DBPs的生成是亟待解决的难题。
而作为一种新型的抗菌消毒材料，纳米银在抗菌方面的优越性，引起了众多学者的研究。
1.纳米材料简介纳米材料是指三维空间中至少一维的尺寸介于1~100 nm之间的材料。
由于尺寸处于纳米级别，纳米材料表现出一些特有的效应，如表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应。
此外，纳米材料往往具有非常大的比表面积以及较高的化学活性。
这些性质有利于其抗菌能力的发挥。
常作为抗菌剂的纳米材料主要有两类：碳系纳米材料和纳米金属材料。
碳系纳米材料包括碳纳米管、氧化石墨烯等。
碳纳米材料对水中溶壁微球菌、变异链球菌、沙门氏菌属等均具有抗菌作用。
氧化石墨烯对于大肠杆菌具有很强的灭活能力。
纳米金属材料包括纳米银、纳米铁、纳米氧化锌等。
纳米金属材料由于特有的界面效应，其表面原子缺少临近的配位原子导致化学活性极强，也因此提高了对于细菌的亲和力，易于杀死细菌。
纳米铁即可在氧和无氧的条件下高效的灭活细菌。
纳米银作为最具前景的纳米金属材料之一，其抗菌方面的应用得到了越来越多的关注。
2.纳米银的抗菌研究2.1纳米银抗菌的优势在众多的纳米材料之中，纳米银（nAg）脱颖而出，被广泛研究主要得益于以下特性。
nAg的抗菌活性极高。
银的杀菌能力是锌的上千倍。
银离子对多种革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌、霉菌等均有广谱、强烈的杀灭作用，这是其作为抗菌材料被研究的基础。
许多学者就nAg对细菌的抗菌性能进行了深入研究。
纳米银材料抗菌机理及应用研究
纳米银材料抗菌机理及应用研究自然界中，金属银拥有卓越的抗菌能力。
因此，随着现代医疗、生活水平的提高，银逐渐被广泛应用于医疗用品、日用品、环保材料等领域。
目前广泛应用的银材料主要包括纳米银、银离子等类型。
其中纳米银材料是一种具有优良抗菌性能的生物医用材料，其独特的抗菌机理以及广泛的应用前景引起了人们的高度关注。
纳米银材料抗菌机理纳米银具有优越的抗菌活性，是因为其特殊的抗菌机理。
纳米银粒子表面带有大量的自由电子，这些自由电子能够与菌体的DNA、RNA等分子进行反应，使其结构发生改变，从而抑制了菌体的生长和繁殖。
此外，纳米银还能与菌体表面的蛋白质、酶等官能基团结合，破坏了其功能性结构，破坏了菌体的代谢和生理活动，最终达到杀灭或抑制菌体的目的。
而且，纳米银粒子本身的高表面积、多孔性等特点，也能让它们更容易与菌体产生接触、吸附和渗透作用，加速抗菌效果的产生。
纳米银材料应用研究纳米银材料已经被广泛应用于医疗、环保、日用等领域。
例如，在医疗领域中，纳米银材料可以应用于各种医疗用品制造，如医用敷料、人体假体、手术器械等；在日用领域中，纳米银也可以被应用于制造各种抗菌饰品、生活用品、厨具等；在环保领域中，纳米银可应用于防霉、防腐、除臭等方面，如制造高效空气净化器、饮水机等。
目前纳米银的应用领域广泛，但在未来的研究中还有许多值得关注和攻克的难点。
例如，如何提高纳米银在价格上的竞争力；如何应对纳米银在潜在毒性等方面带来的安全隐患；如何进一步挖掘纳米银材料在抗菌领域的应用潜力等问题。
总之，纳米银是一种非常重要的抗菌材料，其天然的抗菌性能加上人造的加工技术应用，使得它在应用领域具有广泛的前景。
未来，需要对其进行更加深入的理论和实践研究，以进一步推动纳米银材料在生产、生活等领域的广泛应用。
纳米银材料制备及其抗菌性能研究
纳米银材料制备及其抗菌性能研究随着现代医疗技术的不断进步，人们对医疗质量和环境卫生要求也越来越高。
而细菌和病毒等微生物的抵抗力也不断提高，传统的抗菌方法已经无法满足日益增长的需求。
在这种情况下，纳米银材料应运而生。
一、纳米银材料的运用纳米银材料是指粒径小于100纳米的银颗粒。
它有一种独特的抗菌作用，可以抑制细菌和病毒等微生物的生长繁殖，具有广泛的用途。
1. 医疗领域在医疗领域，纳米银可以用于制备抗菌肛门喷剂、消毒剂、手术器械、医用敷料和纱布等。
这些产品可以有效地预防感染和交叉感染，提高医疗卫生水平。
2. 食品加工领域在食品加工领域，使用纳米银可以制造出高效的食品包装材料，并可以抑制细菌滋生，从而增强了食品的保鲜期。
3. 环保工程领域在环保工程领域，纳米银可以用于制造高效的废水处理工艺和废气处理设备。
二、纳米银材料的制备方法纳米银材料的制备方法主要有化学还原法、微乳化法、溶胶凝胶法、生物法等。
其中，化学还原法是目前应用比较广泛的一种方法。
化学还原法是将银盐还原成银粒子的一种化学反应。
通过在溶液中加入还原剂，可以使银离子逐步被还原，生成小颗粒的银粉末。
这种方法制备的银颗粒粒径较小、分散性良好、稳定性较高，适用于工业化生产。
三、纳米银材料的抗菌性能研究纳米银的抗菌性能主要与粒径大小、表面电荷、杀菌机理等因素有关。
在研究中，发现纳米银具有以下几种抗菌方式：1. 破坏菌细胞膜纳米银具有较小的颗粒尺寸和较大的比表面积，它的大量表面活性位点对菌细胞膜具有高度的亲和力和嵌入力。
2. 杀死细菌细胞纳米银等离子体会促进产生肝氧化酶、DNA的纤维化等缺氧血管新生因子，降低炎症介质的水平，可有效地杀死细菌细胞。
3. 导致氧化损伤纳米银通过与微生物细胞膜和蛋白质等进行化学反应，产生氧自由基和其他有毒物质，使微生物细胞膜受到氧化损伤而死亡。
总之，纳米银具有独特的抗菌性能，可广泛应用于医疗、食品加工、环保工程等领域。
如今，随着人们对健康环境要求的不断提高，纳米银材料将会有更加广阔的应用前景和更加明亮的未来。
银纳米材料的制备及其抗菌性能研究
银纳米材料的制备及其抗菌性能研究随着生活水平的提高和科学技术的不断进步，对于抗菌材料的需求也越来越大。
而银纳米材料因其独特的物理和化学性质，成为一种重要的抗菌材料。
本文将介绍银纳米材料的制备方法以及其抗菌性能的研究进展。
一、银纳米材料的制备方法银纳米材料的制备方法非常多样化，包括化学还原法、生物还原法、微波法、激光法、电化学法等。
以下是常用的两种方法：1. 化学还原法化学还原法是通过还原剂将银离子还原成银纳米粒子。
通常使用的还原剂有：氢氢醛、硼氢化钠、柠檬酸等。
化学还原法具有操作简便、反应速度快、产物稳定等优点。
但是，还原剂的选择和反应条件的调控会影响到成品的粒径和分布，同时产生的有毒废液也对环境造成一定的污染。
2. 生物还原法生物还原法是利用生物体内自身的还原剂分泌银纳米粒子。
其中微生物和植物提取物是常用生物体，能够制备出较为均匀、分散的银纳米粒子。
生物还原法具有无毒、无废物、反应效率高等优点。
但是，生产过程需要考虑生物体的生长条件、纯化过程等方面，造成比较大的困难。
二、银纳米材料的抗菌性能研究银纳米材料的抗菌性能已经被广泛研究，其抗菌原理包括两个方面：1. 细菌细胞膜的破坏银纳米粒子具有一定的表面电荷，在与细菌相互作用的过程中会破坏细菌的细胞膜。
这使得细菌的细胞壁破损，导致其内部的物质和水分迅速丧失，最终导致细菌死亡。
同时，银离子的释放也会促进细胞膜的损伤。
2. 细菌内部机制的破坏除了对细胞膜的破坏，银纳米粒子还能够进入细胞内部，与细胞内的一些酶、蛋白质相互作用。
这些酶和蛋白质是细菌生存所必需的，银纳米粒子的干扰会破坏细菌的代谢机制，导致细菌死亡。
三、实验研究银纳米材料的抗菌性能已经在很多领域进行了实际应用。
例如，银纳米材料在医疗器械、水处理、食品加工等方面具有广泛的应用前景。
以下是实验研究的一些例子。
1. 医疗领域银纳米材料在医疗领域的应用非常广泛。
例如，银纳米材料能够抑制细菌的生长，对于医用器械的消毒有很好的效果。
纳米材料在抗菌材料中的性能与应用研究
纳米材料在抗菌材料中的性能与应用研究随着科学技术的不断发展，纳米材料的研究与应用已成为当前科学界的热点之一。
在医疗领域中，纳米材料的应用也引起了广泛的关注。
其中，纳米材料在抗菌材料中的性能与应用研究备受关注。
抗菌材料是一种能抑制或杀灭细菌、真菌、病毒等微生物生长的材料。
常见的抗菌材料包括银离子材料、聚合物材料和纳米材料等。
然而，由于长期使用抗生素和消毒剂的滥用，导致许多微生物对常见的抗菌材料产生了抗药性。
因此，开发新型的抗菌材料以应对抗药性微生物的需求变得尤为重要。
纳米材料作为一种具有独特结构和性能的材料，在抗菌材料中表现出许多优势。
首先，纳米材料具有较大比表面积，这意味着纳米材料相同质量下的表面积较大，有利于与微生物的作用。
其次，纳米材料具有尺寸效应和量子效应，这使得纳米材料具有独特的物理和化学性质。
最后，纳米材料具有显著的固体和液体相互作用的效果，这使得纳米材料与微生物之间的相互作用更加复杂和多样化。
纳米银是纳米材料中最常用的抗菌材料之一。
银具有广谱抗菌作用，能够杀灭多种细菌、病毒和真菌。
纳米银具有较大的比表面积和独特的物理化学性质，能够与微生物的细胞膜、细胞壁和细胞内的蛋白质发生反应，破坏其结构和功能，从而抑制或杀灭微生物。
除了纳米银，一些其他的纳米材料也被广泛研究用于抗菌材料中。
例如，纳米氧化锌、纳米二氧化钛和纳米碳材料等都显示出一定的抗菌活性。
这些材料具有独特的光催化性质，可以利用紫外光或可见光产生活性自由基，破坏微生物的细胞膜和细胞内的核酸、蛋白质等重要生物分子，从而实现抗菌效果。
此外，纳米材料还可以通过调控材料的表面形貌和结构来实现抗菌性能的提升。
例如，利用纳米材料的疏水性能和抗菌剂之间的相互作用，可以制备出具有超疏水性能的抗菌材料。
这种材料能够使微生物无法附着在其表面上，从而实现抗菌效果。
纳米材料在抗菌材料中的应用不仅局限于医疗领域，还具有广泛的应用前景。
例如，在食品包装领域，纳米材料可以用于制备具有抗菌性的食品包装膜，有效地抑制食品中的微生物生长，延长食品的保鲜期。
纳米银材料抗菌效果研究及其安全性初步评价
第30卷第5期2005年10月 昆明理工大学学报(理工版)Journal of Kun m ing University of Science and Technol ogy (Science and Technol ogy )Vol .30 No 15 Oct .2005收稿日期:2004-11-05.基金项目:昆明理工大学博士科研启动基金(项目编号:14051059).第一作者简介:钟金栋(1982.1～),男,在读硕士研究生.主要研究方向:微生物工程.E -ma il:jindongzhong@shou .com纳米银材料抗菌效果研究及其安全性初步评价钟金栋,夏雪山,张若愚,高毅颖(昆明理工大学生物与化学工程学院,云南昆明 650224)摘要:为了确定纳米银材料的抗菌效果及其使用安全性,进行了纳米银材料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌杀灭实验效果的观察,并通过小鼠急性毒性实验和家兔皮肤刺激性实验以评价其使用安全性.结果表明,在37℃,大于5.7μg /c m 2的表面涂布纳米银材料或大于100mg /L 的纳米银载体浸泡悬液对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌作用1h 抑制率均大于95%;纳米级银材料对小鼠经口灌喂5000mg/kg 时,小鼠安全,对兔皮肤刺激性积分为0,属于实际无毒级.纳米银材料具有高效抗菌活性并且使用安全.关键词:银;纳米;抗菌材料;生物安全性中图分类号:Q93-334文献标识码:A 文章编号:1007-855X (2005)05-0091-03Study on An ti bacter i a l Eff i cacy of S ilver Nanoparti cles andIts B i olog i ca l Safety Eva lua ti onZHON G J i n 2do ng,XI A Xue 2shan,ZHAN G Ruo 2yu,GAO Yu 2yi ng(Faculty of B il ogical and Che m ical Engineering,Kun m ing University of Science and Technol ogy,Kun m ing 650224,China )Abstract:T o deter m ine the anti -bacterial efficacy of silver nanoparticles,the inhibiti on effect of the silver nan 2opaticles on E .coli and Staphyl ococcus aureaus are researched .The tests of oral t oxicity on m ice and skin sti m u 2lati on on rabbit are conducted t o evaluate the safety of silver nanoparticles .The results show that more than 95%bacteria are inactivated when Escherichia coli and Staphyl ococcus aureaus are incubated at 37℃f or one hour inthe culture dish coated with 5.7μg/c m 2silver nanopaticles material,or in the s oluti on containing 100mg/L sil 2ver nanopaticles material .W hen the oral dose of this material for m ice is 5000mg/kg,and its sti m ulating score on the rabbit skin is zer o,which suggests its safety .The silver nanopaticles has high antibacterial efficacy and bi ol ogical safety as a ne w type of material .Key words:silver;nanoparticles;antibacterial material;bi ol ogical safety0引言随着对微生物的研究和认识水平的不断提高,人们在利用微生物有益性的同时,也十分警惕其作为病原菌的危害性.在已发现的3万多种细菌中,有相当大部分为病原性细菌.民用产品的消毒抗菌化,生活环境的洁净化是人类健康的基本保障.银作为一种最常用的无机抗菌剂,具有高效、安全、抗菌谱广等优点,而被广泛应用于抗菌和防霉制品中[1].用纳米技术所制得的纳米无机抗菌剂,由于量子效应、小尺寸效应和极大的比表面积,具有常规抗菌剂无法比拟的抗菌效果,同时安全性高,效力持久[2,3].纳米银的抗菌性能远远大于传统的银系杀菌剂[4].我们用化学液相还原法制得的纳米银,并进行了纳米银和载银硅藻土对禽流感病毒(弱毒株)的灭活作用实验,经材料处理前后病毒悬液血凝效价和对鸡胚致死力的测定结果比较,发现此纳米银对禽流感病毒有较强的灭活作用[5,6].研究进行了纳米银材料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀灭作用实验以确定其抗菌活性,并通过小鼠口服急性毒性实验和白兔皮肤刺激性实验评价其使用安全性.1材料和方法111实验材料纳米银材料,由昆明理工大学生物与化学工程学院化工实验室制备,经透射电镜(TE M)和X射线衍射(XRD)鉴定,其粒径为5～88nm.大肠杆菌(Escherichia coli),金黄色葡萄球菌(Staphyl ococcus aureaus),标准菌株,由云南省热带亚热带动物病毒病重点实验室提供.清洁级昆明小鼠体重20±2g,26只,雌雄各半;普通级新西兰白兔4只,体重2±0.2kg,雌雄各半.由昆明医学院实验动物中心提供.112实验方法1.2.1材料固体表面涂布杀菌实验不同质量的纳米银材料涂布于60mm培养皿的表面,并作相应处理使其牢固结合,在其上加入0.5mL 密度为5×107CF U/mL的菌(大肠杆菌、金黄色葡萄球菌)悬液,使菌悬液覆盖材料涂布表面,并设未用材料涂布的阴性对照.37℃恒温箱静置处理1h后,移出菌液,采用梯度稀释平板菌落计数法,计算活菌数.根据处理与否活菌数差异,计算出材料的杀菌率.1.2.2材料液体浸泡杀菌实验取不同质量的纳米银材料,用P BS将其制备成悬液,加入灭菌三角锥形瓶,再加入菌(大肠杆菌、金黄色葡萄球菌)悬液使终密度为5×107CF U/mL,同时设不加材料的阴性对照.在37℃,150r pm的摇床处理1h后,采用梯度稀释平板菌落计数法计算菌悬液中活菌数.根据处理与否菌悬液活菌数的差异,计算出材料的杀菌率.1.2.3口服急性毒性实验26只健康昆明小鼠,体重20±2g.在动物房环境中适应3天,实验前禁食(不限制饮水)16h.用P BS 制成0.5g/mL,0.2g/mL的纳米银悬液,按0.1mL/10g(体重)计算灌喂剂量,采用一次经口灌胃后,继续禁食3h,再恢复正常供水、供食.两种材料剂量灌喂小鼠的数量均为10只,雌雄各半;同时设仅灌喂无材料P BS的空白对照组6只,于两周内观察动物的中毒症状和死亡情况.1.2.4急性皮肤刺激实验表1 皮肤刺激强度积分Tab.1 Sk i n sti m ul a ti on score红斑形成积分水肿形成积分无红斑勉强可见明显红斑中等～严重红斑紫红色红斑并有焦痂形成01234无水肿勉强可见皮肤隆起轮廓清楚水肿隆起约1mm水肿隆起超过1mm,范围扩大1234 将约2kg重的新西兰大耳白兔背部脊柱两侧被毛剪掉,不损伤表皮,去毛范围约3c m×6c m.用P BS将纳米级银材料分别制成1000mg/mL和100mg/mL的悬液,取0.lmL纳米银材料悬液滴在2.5c m×2.5c m大小的4层纱布上,马上敷贴在白兔一侧的去毛皮肤上,再用无刺激性胶布加以固定.另一侧敷用P BS作为对照.敷用24h后用温水除去残留物,于实验后1h,24h和48h观察涂抹部位皮肤反应,按表1进行皮肤刺激反应积分,积分低于0.4为无刺激性.同一质量浓度的纳米银悬液处理实验设一重复.2实验结果2.1材料固体表面涂布杀菌实验纳米银材料表面涂布杀菌实验结果如表2所示,该材料在较低的表面涂布量的情况下表现出较好的杀菌效果.大于0.16mg的纳米银材料涂布于直径为60mm培养皿上,37℃恒温箱作用1h,其抑菌率均大于95%,即5.7μg/c m2的纳米银材料1h对5×107CF U的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌抑制率均大于95%. 2.2材料液体浸泡杀菌实验将纳米银材料制备成悬液,在大于100μg/mL的溶液中,材料在1h内可以很好地将大肠杆菌和金黄色葡萄球菌(5×107CF U/mL)杀灭,其杀菌率均大于95%.随着材料悬液浓度的降低,其杀菌率也逐渐降低,1μg/mL的纳米银材料处理大肠杆菌1h,杀菌率为41.66%,该浓度对金黄色葡萄球菌的杀菌率为80.33%.29昆明理工大学学报(理工版) 第30卷表2 不同表面涂布浓度纳米银材料的抗菌效果(抑制率/%)Tab .2 An ti bacter i a l Eff i cacy of silver nanopa ti cles coa ted onculture d ish (i n h i b iti on ra te /%)纳米银材料表面涂布浓度/mg ・(28.26c m 2)-12002040.80.160.032大肠杆菌金黄色葡萄球菌10010099.6696.6999.7997.5098.7795.0096.7695.8789.3679.17 注:实验温度为37℃,作用时间为1h,以上质量的纳米银材料固定在直径为60mm 的培养皿上.表3 纳米银材料液体浸泡抗菌效果(抑制率/%)Tab .3 An ti bacter i a l eff i cacy of silver nanopa ti clesi n soluti on (i n h i b iti on ra te /%)液体中材料浓度/μg ・mL -1170100101大肠杆菌金黄色葡萄球菌10010098.7196.6563.6483.9441.6680.30 注:实验温度为37℃,作用时间为1h,菌体浓度为5×107CF U /mL.2.3口服急性毒性实验根据一次性灌胃最大安全剂量的原则,本实验一次性灌胃纳米银材料剂量5000mg/kg,并且用2000mg/kg 剂量为一验证.一次性经口灌喂小鼠10只,7d 内无一只死亡或中毒,饲料消耗量及体重不断增加,外观、行为、精神状态、大、小便及其颜色、背毛、肤色、呼吸均正常,鼻、眼、口腔无异常分泌物.经t 检验和卡方检验,此二剂量组与对照组6只间的体重等各项指标比较无显著差异P >0.05,证明该纳米银材料口服无毒.2.4急性皮肤刺激实验白兔去毛皮肤分别用0.lmL 浓度为1000mg/mL 和100mg/mL 的纳米银悬液,处理24h 后,在不同时间观察,未发现处理部位有红斑和水肿反应,与对照部位皮肤比较无异常.纳米银材料对兔皮肤一次性刺激积分为0,即该材料对皮肤无刺激性.3讨论在以前的研究中,已证明用化学液相还原法所制得的纳米银材料,对禽流感病毒有较好的杀灭作用[5～6].为了进一步确定此材料的抗菌效果,选用大肠杆菌和金黄色葡萄球菌作为受试菌,材料固体表面涂布杀菌实验和液体浸泡杀菌实验结果均表明,此材料在很低的浓度下即表现出较好的杀菌效果.大肠杆菌为革兰氏阴性(G -)细菌,而金黄色葡萄球菌为G +细菌.研究证明此具有杀病毒活性的纳米银材料对G -和G +细菌均有较高的杀菌活性,提示此材料可能具有广谱杀菌活性.纳米银材料作为抗菌剂有很多的优点,由于其粒径小,表面积大,容易跟病原微生物发生密切接触,从而发挥其更大的生物效应,因而一般比同类常规无机抗菌材料有更强的抗菌活性[7],但纳米银材料在不加保护剂的常规条件下,容易发生颗粒聚集而失去纳米特性,或被氧化为棕色的氧化银,这些都会影响该材料的抗菌效果.我们的研究也发现,新鲜制备的纳米银材料比经过放置的该种材料抗菌活性要高的多.因而,此无机抗菌剂的生物稳定性研究,以及以多孔材料为基质的载银复合材料制备工艺研究尤为重要[1].由于长期使用的结果,一般被认为使用银是安全的.欧美国家研究认为银也有确定的安全用量,超过这个用量就会发生中毒[8].另外,纳米银材料与普通银材料相比,其物理、化学性质均发生了很大变化,所以对其使用安全性更需进行重新评价.通过小鼠急性毒性实验和家兔皮肤刺激性实验证实了该材料的使用安全性,为此种同时具有杀毒、抗菌作用的无机材料的进一步开发化奠定了基础.4结论通过纳米银材料的抗菌实验和安全性实验表明:1)通过材料固体表面涂布实验表明,在37℃,大于5.7μg /c m 2的纳米银材料作用1h 对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌抑制率均大于95%.通过载体浸泡实验,在大于100mg/L 的溶液中,纳米银材料1h 对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌抑制率均大于95%.2)通过安全性实验表明,纳米级银材料对小鼠经口灌喂剂量2000mg/kg 和5000mg/kg 时,小鼠安全,对兔皮肤刺激性积分为0,属于实际无毒级.3)纳米银材料具有高效抗菌活性,同时使用安全.致谢 研究得到昆明理工大学陈朝银教授,云南省热带亚热带动物病毒病重点实验室张念祖研究员、赵文华、宋建领等同志的帮助,在此表示衷心感谢.(下转第98页)39第5期 钟金栋,夏雪山,张若愚,等:纳米银材料抗菌效果研究及其安全性初步评价从结果可以看出,将改进的快速BP 网络用于交通事故预测是可行的,且预测精度较高.表1 网络预测与实际相对误差Tab .1 Network foreca st and actua l rel a ti ve error 月份数据值交通事故数死亡人数受伤人数2002年10月预测值54629167实际值551301632002年11月预测值61345198实际值607431942002年12月预测值46527169实际值47225174平均误差/%1.133.92.464结论将道路交通事故的发生作为一时间序列事件,撇开了城市道路事故形成的复杂原因,具有宏观指导性;将道路交通事故作为递推式预测,适用于近期预测,如果用于长期预测,由于累计误差的原因,预测结果将不理想.因此如果学习实例越多,或增加新的学习实例更新网络记忆的知识,时间预测模型获得的知识将会越可靠,预测精度将会越高.参考文献:[1]中国公路学会编委会.交通工程手册[M ].北京:人民交通出版社,1998.[2]周维新.交通事故灰色预测模型的研究[J ].西安公路交通大学学报,2000,20(2):73～74.[3]尹朝庆,尹皓.人工智能与专家系统[M ].北京:中国水利水电出版社,2002.296～328.[4]吴晓莉,林哲辉.MAT LAB 辅助模糊系统设计[M ].西安:西安电子科技大学出版社,2002.125～170.[5]袁曾任.人工神经网络及其应用[M ].北京:清华大学出版社,1999.66～78.[6]阎平凡,张长水.人工神经网络与模拟进化计算[M ].北京:清华大学出版社,2000.23～26.[7]闻新,等.MAT LAB 神经网络应用设计[M ].北京:科学出版社,2002.207～232.[8]郑黎黎,丁同强,成卫.高速公路交通事件管理智能决策支持系统[J ].昆明理工大学学报(理工版),2004,29(6):118～121.(上接第93页)参考文献:[1]余国文,张高科,胡波.金属系无机抗菌材料研究进展[J 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载银碳纳米管抗菌剂的制备及在PET纤维母粒中的应用
China Textile Leader · 2017 No.12载银碳纳米管抗菌剂的制备及在PET 纤维母粒中的应用The Preparation of Ag-loading MWNTs Antibacterial Agent andits Application in Masterbatch for PET Fiber文 | 张美玲 罗玉成 戴晋明 侯文生 凌 晨 陈 霞 史 晟摘要：本文以多壁碳纳米管（MWNTs ）为载体，AgNO 3溶液为反应液，通过离子交换法制备了载银碳纳米管抗菌剂；然后以抗菌剂为填料，制备了PET 功能性母粒。
结果表明：经硝酸氧化处理后，MWNTs 的晶体结构遭到一定程度的破坏，并在其表面引入了—COOH 等基团；MWNTs 吸附银离子后，其结构未发生改变；Ag /MWNTs 抗菌剂具有良好的缓释性能和抗菌性能，Ag /MWNTs 在与PET 中呈单分散状态，与PET 界面具有良好的物理相容性，所制备的Ag /MWNTs /PET 抗菌母粒具有良好的抗菌性能。
关键词：碳纳米管；载银抗菌剂；功能性母粒中图分类号：TQ342.2 文献标志码：A作者简介：张美玲，女，1993年生，硕士在读，主要从事功能性纤维相关的研究。
通讯作者：戴晋明，教授，E-mail ：tgmydjm@ 。
作者单位：张美玲、戴晋明、侯文生、凌 晨、陈 霞、史晟，太原理工大学；罗玉成，中国麻纺织行业协会。
基金项目：国家自然科学基金项目（51143005）。
Abstract: Silver-loading carbon nanotubes antimicrobial agent can be prepared in the process of ion exchange, with multi-walled nanotubes (MWNTs) as the carrier and AgNO 3 solution the reaction solution. Then antibacterial masterbatch for PET fiber was prepared by using the antibacterial agent as filler. The results show that the crystal structure of MWNTs is destroyed to some extent after the oxidation of nitric acid, and perssads such as —COOH are introduced to the surface of MWNTs; the structure of MWNTs does not change after adsorbing silver ion; and the Ag/MWNTs antibacterial agent has good slow-release properties and antibacterial properties. The Ag/MWNTs in the PET remain a monodisperse state, and they have good physical compatibility with PET interface. The Ag/MWNTs/PET antibacterial functional masterbatch has good antibacterial properties.Key words: MWNTs; silver-loading antimicrobial agent; functional masterbatch自1991年S. Iijima 发现碳纳米管（CNTs ）以来，由于其具有独特的结构和优异的物理化学特性而广受学术界关注。
《载银多壁碳纳米管抗菌剂及其在纤维中的应用》范文
《载银多壁碳纳米管抗菌剂及其在纤维中的应用》篇一一、引言随着科技的发展和人们生活水平的提高，抗菌材料在日常生活中的应用越来越广泛。
其中，载银多壁碳纳米管抗菌剂因其独特的物理化学性质和良好的抗菌效果，受到了广泛关注。
本文将详细介绍载银多壁碳纳米管抗菌剂的制备方法、性能特点及其在纤维中的应用。
二、载银多壁碳纳米管抗菌剂的制备方法载银多壁碳纳米管抗菌剂是通过将银离子负载于多壁碳纳米管表面而制成的。
制备过程中，首先需要合成多壁碳纳米管，然后通过化学或物理方法将银离子固定在碳纳米管表面。
制备方法主要包括溶胶-凝胶法、化学气相沉积法、浸渍法等。
三、载银多壁碳纳米管抗菌剂的性能特点1. 抗菌性能：载银多壁碳纳米管抗菌剂具有优异的抗菌性能，对多种细菌和病毒具有显著的抑制和杀灭作用。
2. 稳定性：银离子与碳纳米管表面的结合力强，使得抗菌剂具有良好的稳定性，不易脱落或分解。
3. 生物相容性：载银多壁碳纳米管抗菌剂对人体无害，具有良好的生物相容性。
4. 制备成本低：该抗菌剂制备工艺简单，成本低廉，适合大规模生产。
四、载银多壁碳纳米管抗菌剂在纤维中的应用载银多壁碳纳米管抗菌剂可广泛应用于纺织、医疗、卫生等领域中的纤维制品。
在纤维中的应用方式主要有两种：一种是直接将抗菌剂添加到纤维中，制成具有抗菌功能的纤维；另一种是将抗菌剂与其他材料复合，制成复合型纤维。
在纺织领域，载银多壁碳纳米管抗菌剂可应用于制作内衣、袜子、床单、毛巾等贴身衣物和家居用品。
这些产品在使用过程中，能够有效地抑制细菌和病毒的滋生，提高产品的卫生性能。
在医疗领域，载银多壁碳纳米管抗菌剂可用于制作手术缝合线、医疗纱布、绷带等医用材料。
这些材料具有优异的抗菌性能，能够有效地降低术后感染的风险。
此外，载银多壁碳纳米管抗菌剂还可与其他纤维材料复合，制备出具有特殊功能的复合纤维。
例如，与导电纤维复合，可制备出具有抗菌和导电双重功能的纤维；与光催化纤维复合，可制备出具有自清洁和抗菌功能的纤维等。
纳米银材料的合成及其抗菌性能研究
纳米银材料的合成及其抗菌性能研究近年来，随着科技的不断进步，纳米技术逐渐成为研究的热点之一。
纳米材料的特殊性质和广泛应用前景引起了人们的极大兴趣。
其中，纳米银材料因其卓越的抗菌性能备受关注。
本文将探讨纳米银材料的合成方法以及其在抗菌领域的应用。
纳米银材料的合成方法多种多样，其中最常见的方法是化学还原法和物理气相沉积法。
化学还原法是通过还原剂将银离子还原成纳米银颗粒，而物理气相沉积法则是通过高温蒸发和凝聚的方式制备纳米银。
这些方法各有优劣，可以根据实际需求选择适合的方法。
纳米银材料的抗菌性能是其最为重要的特点之一。
纳米银颗粒具有较大的比表面积和高活性，能够与细菌表面的硫醇和羧基等功能基团发生作用，破坏细菌细胞膜结构，导致细菌死亡。
此外，纳米银颗粒还能够释放出银离子，进一步增强其抗菌性能。
研究表明，纳米银材料对多种细菌、真菌和病毒均具有较强的抗菌活性，包括耐药菌株。
除了抗菌性能，纳米银材料还具有其他应用潜力。
例如，纳米银颗粒在医疗领域被广泛应用于消毒、创口敷料和医疗器械等方面。
纳米银材料还可以用于环境污染治理、食品保鲜和纺织品防菌等领域。
然而，纳米银材料的应用也存在一些问题，如对环境和生物体的潜在毒性问题需要进一步研究。
为了更好地发挥纳米银材料的抗菌性能，研究人员还进行了一系列的改性研究。
例如，通过改变纳米银颗粒的形状、大小和表面修饰等方法，可以调控其抗菌性能和稳定性。
此外，将纳米银与其他材料复合，如聚合物、金属氧化物等，也可以进一步提高其抗菌性能。
纳米银材料的抗菌性能研究不仅对医疗领域具有重要意义，也对环境保护和食品安全等方面具有重要应用价值。
然而，目前对纳米银材料的研究仍存在一些挑战和争议。
例如，纳米银材料的生物安全性和环境影响需要更加深入的研究。
此外，纳米银材料的大规模合成和商业化应用也面临一定的技术和经济难题。
综上所述，纳米银材料的合成方法多种多样，其抗菌性能在医疗、环境和食品等领域具有广泛应用前景。
（食品科学专业论文）银纳米材料抗菌性能及其安全性研究
山东轻工业学院硕士学位论文银纳米材料抗菌性能及其安全性研究姓名：***申请学位级别：硕士专业：食品科学指导教师：***2011-06-06山东轻工业学院硕士学位论文摘要纳米抗菌技术近年来发展迅速，显示出广阔的应用前景，纳米银是重要的一种纳米抗菌剂，其高效、广谱、不产生耐药的抗菌性能，获得了科研人员的极大关注，一些工业发达的国家已率先开始利用纳米银制备具有抗菌功能的制品。
本文使用化学还原法制备了胶态的纳米银，将其附着在不锈钢表面获得一种具有广泛用途的纳米抗菌材料，并对这种材料抗菌性能、抗菌机理以及应用的安全性进行了研究。
首先，使用乙二醇还原硝酸银制备纳米银溶胶，并用聚乙烯吡咯烷酮（PVP）保护纳米银颗粒，通过X射线衍射、透射电镜、动态激光光散射（DLS）对其结构进行表征。
结果显示所制备的物质为金属银具有面心立方体晶系结构，粒径介于18～40nm。
简单地说，本实验中获得分散性良好、粒度均匀、性质稳定的纳米银颗粒有利于下一步抗菌检测和材料表面涂覆。
通过3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）的硅烷键连接使纳米银颗粒共价结合在304L 不锈钢的表面制得纳米银涂层不锈钢（AgSS），浸入高温的酸和碱液中连续浸泡15d后，电感偶和等离子体发射光谱仪（ICP-OES）检测浸泡液中的银溶出量可忽略不计。
扫描电镜（SEM）观察AgSS的表面，贴膜法研究样品对供试的8株菌的抗菌率和抗菌广谱性，结果显示纳米银在不锈钢的表面结合量很少但其对所有受试菌的抗菌率都超过了96%且抗菌谱广，这样的组合正是我们期待的。
同时研究了AgSS对其表面生物被膜的抑制作用，AgSS可以在菌膜形成前显著清除表面的微生物抑制微生物被膜形成，而普通不锈钢的表面则有大量菌体粘附并形成菌膜，试验中利用SEM可清晰观察到菌膜的形态。
在AgSS与菌液作用过程中，加入终浓度为5mM的L-Cys作用4h，AgSS对铜绿假单胞菌和枯草芽孢杆菌的抗菌率降为70.6%、58.2%，纸层析结果显示半胱氨酸的结构发生了明显的改变，表明材料对含巯基的还原酶具有破坏作用。
纳米抗菌材料的研究与应用
纳米抗菌材料的研究与应用随着疾病和细菌的不断进化，人们急需新的医学技术和材料来应对这种挑战。
纳米材料的开发和运用，则是一个解决这些问题的新办法。
具体地说，纳米抗菌材料也逐渐成为了一个研究的热点。
1.纳米抗菌材料的基本介绍纳米材料是结构尺寸在纳米级别，即1 至100 纳米的特殊组织结构材料。
这种尺寸顺应了突破性的物理。
由于其特殊的形态，纳米颗粒具有比传统材料更高的表面积。
研究成果表明，这一特点进一步提高了材料的活性, 特别是对繁殖和传播的纳米级细菌起到了更好的防护作用。
纳米抗菌材料能够对各种病原体和普通细菌起到杀灭和禁止繁殖的作用。
2.纳米抗菌材料的研究最近的研究认为，纳米抗菌材料有着较为广泛的应用，尤其可应用于纺织品和医疗系统中。
具体而言，此类材料包含多种类型的纳米颗粒，例如纳米金属、二氧化硅和纳米碳等等。
其中，纳米金属如银、铜、锌等具有良好的抗菌性能。
银离子可在进入细菌后释放，抑制其繁殖和存活。
含有纳米银的纺织品、医用材料和器械已证明能够有效地预防感染。
纳米二氧化硅则具有物理性抗菌属性，其表面类似刀锋，能够直接切断细菌细胞壁任，阻碍其繁殖。
3.应用前景未来，纳米抗菌材料将继续为各种领域四种感染问题提供可行的解决方案。
除了防止传染病在医疗系统中传播，在各种商业场所、公共场所和家庭环境中，纳米抗菌材料将成为常用的预防措施。
纳米抗菌材料还可被应用于水净化和空气净化，以防止一系列传染疾病的传播。
由于其化学和生物活性的特性，纳米抗菌材料也可在农业和食品加工过程中使用，从而提高产品的卫生水平。
纳米抗菌材料的研究与应用是未来科技和医学治疗的一个重要领域，对其不断的研究和完善，将会在人类社会防治疾病和提升人类卫生水平的进程中发挥越来越重要的作用。
抗菌材料的研究与开发
抗菌材料的研究与开发随着人们对健康重视程度的不断提高，对抗菌材料的需求也日益增长。
抗菌材料是指能杀死细菌或者抑制细菌增殖的材料。
在医疗、食品、建筑等领域中广泛应用。
本文将探讨抗菌材料的研究和开发现状以及未来的发展方向。
一、传统的抗菌材料1.银类抗菌材料银是一种广泛应用于抗菌材料中的元素，它能够杀死多种不同类型的细菌，并且对人体无害。
银处理后的材料通过多种途径杀死细菌，如破坏细菌代谢、破坏细胞膜和细胞核等。
但是，银的应用也存在一些问题，如价格高昂、容易产生抗药性等。
2.氧化锌抗菌材料氧化锌抗菌材料是一种非常安全的抗菌材料，因为氧化锌对人体毒性很小。
此类材料的抗菌机制是通过涂覆或掺杂氧化锌在材料表面，并释放出含氧离子，进而在细菌的膜上形成一个氧化锌离子层，从而抵抗细菌的生长。
3.碳纳米管抗菌材料碳纳米管具有很好的抗菌性能，并且在生物医学领域中应用越来越广泛。
它通过将碳纳米管材料与细菌相互作用，阻止细菌的增殖。
此类材料还可以作为纳米药物载体用于治疗细菌感染。
二、新型抗菌材料1.金属-有机骨架抗菌材料金属-有机骨架材料是指由金属离子和有机配体组成的晶体材料。
最近，科学家们研究出了一种新型的金属-有机骨架抗菌材料，该材料具有强大的抗菌能力。
科学家们通过研究发现，这种材料能够抵御多种不同类型的细菌，包括耐药菌。
2.光催化剂抗菌材料光催化剂抗菌材料是应用于建筑和医疗领域的一种新型抗菌材料。
主要是通过照射紫外线或可见光，发生光催化作用，使材料表面产生氧化和还原反应，抑制微生物的生长繁殖。
该材料具有无毒、环保的优点。
3.纳米银抗菌材料纳米银抗菌材料是将纳米银颗粒加入到材料中，在细菌表面产生毒性作用，抑制微生物的生长。
它是目前应用最广泛的抗菌材料之一，用于将纳米银颗粒附加到地板、门把手、水龙头等表面。
不过，还需要充分研究纳米银对人体的影响。
三、抗菌材料的应用1.医疗领域在医患交互的过程中，细菌繁殖的机会非常多。
因此，良好的卫生保障和抗菌材料的应用非常重要。
银系纳米抗菌材料的制备与抗菌性能的研究
the inhibition zone experiment, minimum inhibitory concentration determination and cell toxicity test. Finally, the results are analyzed and summarized, and future research directions are proposed.
四、结论
综上所述，口腔纳米载银无机抗菌材料具有广谱抗菌、高效性、安全性和持久 性等优势，使其在口腔保健领域具有广泛的应用前景。然而，对于这种材料的 长期效果和使用安全性仍需进一步研究和评估。未来，随着纳米技术和生物相 容性材料的不断发展，相信口腔纳米载银无机抗菌材料将在提高口腔健康水平 方面发挥更大的作用。
随着科技的发展，纳米技术已深入到各个领域，其中，纳米抗菌材料的研究和 应用尤为引人注目。银系纳米无机抗菌材料，由于其独特的抗菌性能和广泛的 应用领域，尤其受到科研者和产业界的。本次演示将探讨银系纳米无机抗菌材 料的制备方法，并对其抑菌效果进行检测。
一、银系纳米无机抗菌材料的制 备
银系纳米无机抗菌材料的制备方法主要有物理法、化学法以及生物法。其中， 化学法是最常用的一种制备方法，它包括溶胶-凝胶法、化学还原法、电化学 法等。这些方法的主要原理是通过控制银离子还原为银原子，并在纳米尺度上 形成稳定的抗菌材料。
银系纳米抗菌材料的制备与抗菌性能的 研究
目录
01 摘要
03
二、银系纳米抗菌材 料的制备
02 一、引言 04 三、抗菌性能研究
05 四、结论
07 参考内容
目录
06 五、未来研究方向
摘要
本次演示着重探讨了银系纳米抗菌材料的制备及其抗菌性能的研究。首先，简 要介绍了银系纳米材料在抗菌领域的应用及其重要性。然后，详细描述了制备 银系纳米抗菌材料的方法，包括物理法、化学法和生物法。接着，对所制备的 银系纳米抗菌材料的抗菌性能进行了深入的研究和讨论，包括抑菌圈实验、最 小抑菌浓度测定和细胞毒性的测定等。最后，对所得结果进行了分析和总结， 并提出了未来研究方向。
碳纳米管抗菌作用的研究进展及展望
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５ ４・
材料 导报 Ａ： 综述篇
２ ０ １ ３年 ９月（ 上） 第２ ７卷 第 ９ 期
碳 纳米 管 抗 菌 作 用 的研 究 进展 及 展 望
李爱 荣， 朱 菡 ， 徐 增瑞 ， 李 梦， 张振 中
（ 郑 州大学药学院 ， 郑州 ４ ５ ０ ０ ０ １ ） 摘要 主要对碳 纳米管抗菌性能的发现及近 几年 的研 究进展做 了较为全 面的综述 ， 对碳纳米 管抗 茵活性 的影
（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｐ ｈ ａ ｒ ｍａ ｃ ｅ ｕ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ， Ｚ ｈ ｅ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，Ｚ ｈ ｅ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ ４ ５ ０ ０ ０ １ ） Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｔｈ ｅ ｄ ｉ ｓ ｃ ｏ ｖ ｅ ｒ ｙ ａ ｎ ｄ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ａ ｎ ｔ ｉ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｂ ｉ ａ ｌ ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｃ ａ ｒ ｂ ｏ ｎ ｎ ａ ｎ ｏ ｔ ｕ ｂ ｅ ｓ（ ＣＮＴｓ ）ａ ｒ ｅ ｒ ｅ ｖ ｉ ｅ ｗｅ ｄ ．
碳纳米管抗菌性能、机制及应用研究进展
文章编号:１００１Ｇ９７３１(２０１８)１０Ｇ１００３９Ｇ０４碳纳米管抗菌性能㊁机制及应用研究进展∗毛贻琴,丁利君,王㊀浩,刘㊀丹(广东工业大学轻工化工学院,广州５１０００６)摘㊀要:㊀对碳纳米管抗菌性能㊁机制及应用领域进行较为全面的综述,分别对单壁碳纳米管和多壁碳纳米管抗菌活性及影响因素进行了阐述,结果表明单壁碳纳米管抑菌性能较好.多壁碳纳米管需要进行相应的改性能够达到良好的抑菌效果.碳纳米管对细菌的作用机理主要是细胞膜损伤㊁氧化应激反应和细胞粘附等作用方式.最后也简单的介绍了碳纳米管在水体净化㊁医用材料及食品抗菌材料的应用.由于碳纳米管的毒性和成本问题,使其应用面临着巨大的挑战.关键词:㊀碳纳米管;抗菌;机理;应用中图分类号:㊀T B ３２１文献标识码:AD O I :１０．３９６９/j．i s s n ．１００１Ｇ９７３１．２０１８．１０．００７０㊀引㊀言自从１９９１年日本科学家于I i ji m a 发现了碳纳米管[１].由于其化学惰性㊁极大的比表面积㊁结构多变㊁可调的物理化学性质,碳纳米管得到了广泛的应用.由于其特殊的形状及其特有的物理抗菌作用,碳纳米管(c a r b o nn a n o t u b e s ,C N T s)为微生物的抑制提供了新的视野.微生物细胞的大小通常在几个微米数量级(图１(a )),相对之下多壁碳纳米管(m u l t i p l e Ｇw a l l e d c a r b o nn a n o t u b e s ,MWN T s )和单壁碳纳米管(s i n gl e Ｇw a l l e dc a r b o nn a n o t u b e s ,S WN T s)的体积要比菌体细胞小得多(图１(b )).因此碳纳米管容易进入菌体细胞生物体并发生相互作用,导致细胞的损伤和膜内细胞物质外流[２].图１㊀菌体细胞示意图和碳纳米管示意图F i g １S c h e m a t i c d i a gr a mo f b a c t e r i a l c e l l a n d c a r b o nn a n o t u b e ㊀㊀碳纳米管对致病菌的灭活效应在２００７年由K a n g等[３]首次进行报道.其他科学家也纷纷投入到碳纳米抗菌性的探索中[４Ｇ６].从此,开启了人们对碳纳米管抗菌性能的探索之路.因此,本文旨在对碳纳米管抗菌活性㊁机制及应用进行总结.１㊀碳纳米管的抗菌性能１．１㊀单壁碳纳米管抗菌性能S WN T s 具有良好的抗菌性能[３].由于S WN T s 管径小㊁比表面积大,增加了S WN T s 与细菌接触的机会,促使S WN T s 容易刺穿细菌细胞壁达到抗菌效果.另外研究发现,S WN T s 的长度对抗菌活性起重要的作用.Y a n g 等[５]研究了不同长度S WN Ts (１,１~５和５μm )对革兰氏阴性食源性病原体(沙门氏菌)的抗菌作用,并考察了S WN T s 的浓度和时间依赖性抗菌作用.结果表明在相同浓度条件下,长S WN T s 较短S WN T s 具有更强的抗菌活性,短S W C N T s 容易团聚从而影响其跟细菌细胞的接触;研究还发现,长S W C ＧN T s 的表现出更强的抗菌活性和反应时间依赖性.S WN T s 的细胞毒性还可能跟S WN T s 的纯度有关,９３００１毛贻琴等:碳纳米管抗菌性能㊁机制及应用研究进展∗基金项目:国家自然科学青年基金资助项目(２１７０６０３７)收到初稿日期:２０１８Ｇ０６Ｇ０６收到修改稿日期:２０１８Ｇ０８Ｇ１０通讯作者:刘㊀丹,E Ｇm a i l :d a n a ０８１６＠１６３．c o m作者简介:毛贻琴㊀(１９９５－),女,贵州铜仁人,在读硕士,师承刘丹副教授,主要研究方向为碳纳米管抑菌及机理研究.S WN T s制备过程中产生的杂质,如过渡金属残留物㊁无定形碳㊁碳纳米粒子㊁石墨等都可能会使S WN T s表现出不一样的细胞毒性.K a n g等提供了直接证据,高纯度的S WN T s比原始的S WN T s对大肠杆菌表现出强的抗微生物活性[３].L i u等发现钴残留物对S WN T s抗菌活性没有显示影响[１７].S WN T s的分散性也是影响其抗菌活性的另一个重要因素,高分散性可提高C N T s与细菌细胞的接触机会,进而促进C N T s的抗菌活性.L i u等[４]研究了分散的S WN T s 和团聚的S WN T s对革兰氏阴性菌(大肠杆菌㊁绿脓杆菌)和革兰氏阳性菌(金黄色葡萄球菌㊁枯草芽孢杆菌)的抗菌活性,结果发现,单独分散在表面活性剂中的S WN T s表现出比S WN T s聚集体更高的抗菌效果.他们认为高分散度可以增加C N T s和细菌细胞相互作用的机会,从而提高C N T s的抗菌活性,分散的S W N T s 犹如溶液中无数的 纳米飞镖 不断地攻击细菌细胞,破坏细菌细胞的完整性,最终导致其强抗菌活性.缓冲液类型㊁S WN T s投加量和培养时间等外部因素也直接影响S WN T s的抗菌效果.A r i a s等[８]研究了几种含有不同表面官能团的S WN T s(S WN TＧC O O H㊁S WN TＧO H㊁S WN TＧN H２)在不同缓冲溶液中的抗菌性能.结果发现,S WN TＧC O O H㊁S WN TＧO H 在去离子水和质量分数０．９％的N a C l溶液中对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌都具有很强的抗菌性能,而在p H值为７．４的磷酸盐缓冲液(P B S)和脑心浸液肉汤培养液(B H I)中却不存在抗菌活性.此外,使用一系列天然(阿拉伯树胶,直链淀粉,天然有机物质)和合成(聚乙烯吡咯烷酮,T r i t o nXＧ１００)分散剂将S WN T分散在水中.大肠杆菌细胞活力仅受到T r i t o nXＧ１００分散的S WN T s的影响[９].S WN T s抗菌呈现出剂量和处理时间依赖性.对随着S WN T s用量和处理时间增加,抗菌活性增强[４,６,１０].除了处理时间之外,孵育时间影响S WN T在细菌灭活中的细胞毒性.观察到暴露于S WN T s的革兰氏阳性枯草芽孢杆菌具有培养时间依赖的杀菌行为,在与S WN T s长时间孵育后,细胞失活增加[１１].１．２㊀多壁碳纳米管抗菌性能相对S WN T s㊁MWN T s表现出温和的抗菌作用,但MWN T s也有其自身优势.比如,MWN T s对哺乳动物的细胞毒性要更低;且MWN T s生产成本更低.目前主要是通过改性的方法来提高MWN T s的抑菌活性.K a n g等[３]报道,经过高温退火处理的MWN T s (的抗菌性比未经处理MWN T s的抗菌活性强,此外,经过混酸处理的MWN T s抗菌性较强,这是由于混酸处理给MWN T s增加了亲水的功能化基团,使其在溶液中的分散度较好,因此表现出较强的抗菌性能.表面活性剂功能化是MWN T s改性的重要方法.B a i 等[１２]的研究发现二辛基磺基琥珀酸钠(A O T)功能化的MWN T s对变形链球菌有较强的抗菌活性.新近,B a i等[１３]通过阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂的复配,发现混合表面活性剂(C T A BʒT X１００)功能化MWN T s对金黄色葡萄球菌有较强的抗菌活性.氨基酸㊁多肽等生物活性物质通过改性成功结合到MWN T s表面,使MWN T s表现出更明显的抗菌效果.Z a r d i n i等[１４]微波辐射制备精氨酸和赖氨酸官能化MWN T s,并对的抑菌活性进行了比较,以大肠杆菌(e s c h e r i c h i a c o l i)㊁鼠伤寒沙门氏菌(s a l m o n e l l a t y p h iＧm u r i u m)和金黄色葡萄球菌(s t a p h y l o c o c c o sa u r e u s)为测试菌种,所有处理样品的抗菌活性均显着增加.抗菌活性顺序为MW C N T sＧ精氨酸＞MW C N T sＧ赖氨酸＞MW C N T sＧ原始.增强的抗菌活性归因于MWN T s表面官能团的正电荷和细菌膜产生的静电吸附.Q i等[１５]通过聚乙二醇(P E G)将抗菌多肽Ｇ乳酸链球菌素成功共价集合到MWN T s表面.和原始MWN T s相比,MWN TＧ乳链菌肽复合物对抗大肠杆菌㊁铜绿假单胞菌,金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌抗菌活性提高７倍.A s l a n等[１６]通过层组装技术将多肽复合到MWN T s表面,大肠杆菌和表皮葡萄球菌的灭活率也得到显着提高.２㊀碳纳米管的抗菌机理C N T s抗菌活性的机理尚未得到充分的解释.在已有的文献报道中,主要有细胞膜损失㊁氧化应激效应㊁细胞粘附㊁D N A和蛋白质损失等机制[１７].细胞膜损伤目前被认为是碳纳米管抑菌的主要机制.K a n g等[３,５]的多项研究均表明,当细菌与碳纳米管发生直接接触时,其细胞形态发生畸变,细胞膜完整性受损,胞内物质流出,使细菌细胞失去功能.K a n g 等[３,１１]通过他们通过扫描电镜观察发现,S WN T s细胞膜的破坏会使处理的大肠杆菌细胞失去细胞完整性.还观察到,与S WN T s接触后,溶液中的质粒R N A和D N A分别增加２和５倍,证实细胞膜完整性受到严重破坏.L i u等[４]在实验中也发现了细胞膜破损的现象,S WN T s破坏了细菌的细胞膜,致使细菌死亡而胞内物质流出.另外,有学者认为,氧化应激是碳纳米管杀菌的另一机制[１７].氧化应激是通过破坏细胞内强氧化剂和抗氧化剂的平衡而导致的伤害.一旦碳纳米管进入细菌,它们就会引起包括超氧化物阴离子(O２－),羟基自由基(O H－),过氧化氢(H２O２)和有机氢过氧化物在内的有害的活性氧(R O S)产生.在氧化应激中产生的这些自由基将引发膜中不饱和磷脂的过氧化,从而产生更多的过氧自由基中间体,导致对脂蛋白和核酸的严重损害.脂质过氧化还通过诱导膜蛋白质的构象变化和膜流动性和完整性的改变,对膜的性质和功能造成损害,最终影响破坏微生物细胞.大肠杆菌(E．c o i l)与MWN T s和S WN T s作用后,细菌的s o x R S和o x y R系基因表达均上调５０％,而这些基因都是与细０４００１２０１８年第１０期(４９)卷菌氧化应激反应相关的基因,因此得出此结论[１８]. V e c i t i s等[１９]研究表明,氧化应激主要是由S WN T谷胱甘肽(G S H)的氧化引起的,S WN T s表现出的抗菌性与其自身的导电性有关.谷胱甘肽有助于维持胞内的氧化还原环境,保护细胞不被氧化,可以调控真核细胞的生物学特征,G S H被大量氧化为氧化型G S H则预示着细胞凋亡.除了上述两个主要的抑菌机制之外,还有一些其它机制已经报道.一些研究人员认为细菌和碳纳米管的粘附是抗菌作用的原因.碳纳米管只能通过缠绕变异体的细胞膜损伤而粘附到变形体表面[２０].在S iＧm o nＧD e c k e r s等的研究中,他们观察到有细菌通过T E M吸附到MWN T s上的大肠杆菌[２１].C N T s也可能诱导D N A损伤和蛋白质功能障碍.碳纳米管与D N A之间的直接相互作用会导致单链断裂,破坏超螺旋D N A的碱基堆叠的功能,并使D N A的构象变化,引起D N A和蛋白质损伤.３㊀碳纳米管的抗菌应用在水处理方面,研究人员主要将碳纳米管添加到膜材料中,甚至直接用碳纳米管组装成膜,作为过滤和抗菌剂,用于水中致病菌的去除[２２].B r a d yＧE s tév e z 等[２３]开发了一种S WN T过滤器,从水性基质中灭活细菌和病毒.观察到S WN T s过滤器可以有效地保留和灭活细菌和病毒.K a n g等[１１]评估了C N T s对大肠杆菌,铜绿假单胞菌,枯草芽孢杆菌和表皮葡萄球菌的抗微生物作用.S WN T s高效灭活河水和废水所有目标微生物.A h m e d等设计了涂有聚乙烯ＧNＧ咔唑(P V K)和S WN T s的抗菌硝酸纤维素膜.该膜对革兰氏阳性和革兰氏阴性菌(８０％~９０％)显示出显着的抗微生物活性,实现水净化[２４].在医用材料方面,开发能够抑制微生物感染的生物材料在医学领域具有重要的作用.聚合物官能化的C N T可以用作抗微生物活性材料,用于各种生物医学装置和伤口敷料涂层[２５].L S ZＧS W N T涂层表现出优异的长期抗菌活性,在医学应用中具有重要的前景[２６].单壁碳纳米管涂层聚乙烯吡咯烷酮Ｇ碘(聚维酮碘或P V P I)可以达到较高的疗效对大肠杆菌的抗菌活性.该生物材料用作导电纳米绷带具有高灵活性和抗菌性能,可用于伤口愈合[２７].此外,氨基酸(精氨酸㊁赖氨酸)功能化的MW N T s[１４]㊁抗菌多肽功能化的MW N T s[１５Ｇ１６],显示出优异的抗菌性能有望开发成为一种有效和经济的抗菌生物材料,用于病原微生物的抑制.在食品包装方面,碳纳米管的抗微生物作用也被用于食品包装领域的抗菌活性作为生长抑制剂.它不仅可用于食品包装,以提高聚合物基体的机械性能,而且施加强大的抗菌效果,D i a s等[２８]开发了含有异硫氰酸烯丙酯(A I T)和碳纳米管(C N T s)的抗菌包装,该包装用于接种沙门氏菌的熟鸡肉.在这种活性食品包装中,C N T s的存在使得包装材料与食品相互作用,并且环境延长了保质期,同时保持营养质量并确保由浸渍的微生物剂引起的微生物安全性.但它们在食品包装中的应用受到限制,因为成本因素㊁加工分散体以及C N T s的安全性问题.作为新型抗菌剂,C N T s在水净化方面,医用材料和食品包装,作为伤口敷料和食品包装材料具有潜在的应用.然而,由于其对环境,食物链系统和人体的潜在毒理作用,安全性问题也是限制其应用的一个重要瓶颈.目前碳纳米管的生物毒副作用的研究报道结论不一,许多问题有待深入探讨.碳纳米管的研究及其应用还需长期持续进行.在C N T s的使用前,毒性评估是必不可少的.需要进行更多的研究评估与环境㊁人体内这种微小颗粒的存在相关的风险.监测碳纳米管的生态毒性和药理毒性对其在环境,食品和生物医学领域应用的持续发展和增长至关重要.４㊀结㊀语碳纳米管的抗菌活性受到多种因素的影响,包括碳纳米管的物理化学性质和外界因素.碳纳米管的抗菌机理仍然是一个复杂的课题.碳纳米管可以通过粘附到微生物细胞表面产生毒性,破坏细胞膜和细胞壁引起D N A损伤和氧化应激.碳纳米管抗菌应用存在挑战.一个是碳纳米管在实际应用中可能具有细胞毒性作用,另外一个是成本问题.虽然碳纳米管抗菌研究还不完善,但人们对碳纳米管纳米材料对微生物控制的兴趣越来越大,可能会刺激未来几十年的这一领域的研究活动.未来针对碳纳米管的可扩展性,经济性和安全性的研究有可能克服许多当前的局限性,并在环境污染保护(例如水处理),医学材料,食品包装和其它应用中创造机会,实现对微生物生长的控制.参考文献:[１]㊀I i j i m a S．H e l i c a lm i c r o t u b u l e s o f g r a p h i t i c[J]．C a r b o nN aＧt 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e r s a n t o n t h e s t a b i l iＧt y,c y t o t o x i c i t y,a n de p i g e n e t i c t o x i c i t y o fn a n o t u b e s u sＧp e n s i o n s[J]．W a t e rR e s e a r c h,２０１０,４４(２):５０５Ｇ５２０．[１０]㊀K a n g S,M a u t e rMS,E l i m e l e c hM．A n t i b a c t e r i a l e f f e c t s o f c a r b o nn a n o t u b e s:s i z ed o e s m a t t e r[J]．L a n g m u i r,２００８,２４(１３):６４０９Ｇ６４１３．[１１]㊀K a n g S,M a u t e rMS,E l i m e l e c hM．M i c r o b i a l c y t o t o x i cＧi t y o f c a r b o nＧb a s e dn a n o m a t e r i a l s:i m p l i c a t i o n s f o r r i v e rw a t e r a n d w a s t e w a t e r e f f l u e n t[J]．E n v i r o n m e n t a lS c i e n c e&T e c h n o l o g y,２００９,４３(７):２６４８Ｇ２６５３．[１２]㊀B a iY,P a r k I S,L e eSJ,e t a l．E f f e c t o fA O TＧa s s i s t e d m u l t iＧw a l l e dc a r b o n n a n o t u b e so na n t i b a c t e r i a la c t i v i t y[J]．C o l l o i d s&S u r f a c e sBB i o i n t e r f a c e s,２０１２,８９(１):１０１Ｇ１０７．[１３]㊀B a iY,W a n g C,G a o J,e t a l．As t u d y o 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c a t i o no f c a r b o nn a n o t u b e s(C N T s) a r e r e v i e w e d．T h ea n t i m i c r o b i a l a c t i v i t y a n di n f l u e n c i n g f a c t o r so fs i n g l eＧw a l l e dc a r b o nn a n o t u b e sa n d m u l t iＧw a l l e d c a r b o nn a n o t u b e s a r ed e s c r i b e d．S i n g l eＧw a l l e dc a r b o nn a n o t u b e s e x h i b i th i g ha n t i b a c t e r i a l p e r f o r m a n c e．M u l t iＧw a l l e d c a r b o nn a n o t u b e s n e e d t o b em o d i f i e d t o a c h i e v e g o o d a n t i b a c t e r i a l e f f e c t．T h e a c t i o nm e c h a n i s mo f c a r b o nn a n o t u b e s o nb a c t e r i a i sm a i n l y c e l lm e m b r a n ed a m a g e,o x i d a t i v e s t r e s s r e s p o n s e a n dc e l l a d h e s i o na n d o t h e rm o d e s o f a c t i o n．F i n a l l y,t h e a p p l i c a t i o no f c a r b o nn a n o t u b e s i nw a t e r p u r i f i c a t i o n,m e d i c a lm a t e r i a l s a n d f o o d a n t i m i c r o b i a lm a t e r i a l s i sa l s ob r i e f l y i n t r o d u c e d．D u et ot h et o x i c i t y a n dc o s tc o n c e r n s,a p p l i c a t i o n so f C N T s f a c e e n o r m o u s c h a l l e n g e s．K e y w o r d s:c a r b o nn a n o t u b e s;a n t i m i c r o b i a l a c t i v i t y;m e c h a n i s m;a p p l i c a t i o n２４００１２０１８年第１０期(４９)卷。
《载银多壁碳纳米管抗菌剂及其在纤维中的应用》
《载银多壁碳纳米管抗菌剂及其在纤维中的应用》篇一一、引言随着现代科技的不断进步，人类对于生活质量的要求越来越高，尤其是在抗菌方面的需求。
而传统抗菌产品因其低效性及副作用问题逐渐暴露，新的抗菌剂应运而生。
其中，载银多壁碳纳米管抗菌剂以其独特的结构和优异的抗菌性能，在众多领域中崭露头角。
本文将详细介绍载银多壁碳纳米管抗菌剂的基本特性及其在纤维领域的应用。
二、载银多壁碳纳米管抗菌剂的基本特性1. 结构与性质载银多壁碳纳米管抗菌剂主要由多壁碳纳米管和银离子组成。
碳纳米管是一种具有独特结构的纳米材料，其内部空腔和表面结构为银离子的负载提供了良好的载体。
而银离子则具有优异的抗菌性能，对多种细菌和病毒有显著的抑制和杀灭作用。
2. 制备工艺载银多壁碳纳米管抗菌剂的制备工艺主要包括原料选择、表面处理、负载银离子等步骤。
通过先进的制备技术，使银离子与碳纳米管牢固结合，提高其稳定性和抗菌性能。
三、载银多壁碳纳米管抗菌剂在纤维中的应用1. 纤维材料的选择与预处理将载银多壁碳纳米管抗菌剂应用于纤维中，需要选择合适的纤维材料，如涤纶、锦纶等。
同时，为提高纤维的吸附性能和抗菌剂的分散性，需对纤维进行预处理。
2. 抗菌纤维的制备工艺将经过预处理的纤维与载银多壁碳纳米管抗菌剂进行混合，然后通过熔融纺丝、喷丝等工艺制备成抗菌纤维。
在这个过程中，需控制好混合比例、温度等参数，以确保纤维的均匀性和稳定性。
3. 抗菌纤维的性能与应用制成的抗菌纤维具有优异的抗菌性能、耐洗性、抗紫外线等特性。
广泛应用于服装、家居用品、医疗用品等领域，为人们提供健康、舒适的生活环境。
四、实验结果与讨论通过实验对比，发现载银多壁碳纳米管抗菌剂在纤维中具有显著的抗菌效果。
其作用机理主要是通过释放银离子破坏细菌的细胞膜结构，从而达到杀菌的目的。
同时，该抗菌剂对多种细菌和病毒均有良好的抑制作用，且无耐药性产生。
此外，该抗菌纤维还具有优异的耐洗性能，经过多次洗涤后仍能保持较好的抗菌效果。
《载银多壁碳纳米管抗菌剂及其在纤维中的应用》范文
《载银多壁碳纳米管抗菌剂及其在纤维中的应用》篇一一、引言随着科技的进步和人们对生活品质的追求，抗菌材料在各个领域的应用越来越广泛。
载银多壁碳纳米管抗菌剂作为一种新型的纳米材料，具有优异的抗菌性能和广泛的应用前景。
本文将介绍载银多壁碳纳米管抗菌剂的制备方法、性能特点及其在纤维中的应用。
二、载银多壁碳纳米管抗菌剂的制备方法载银多壁碳纳米管抗菌剂是通过将银离子负载在多壁碳纳米管表面制备而成。
其制备方法主要包括以下步骤：1. 制备多壁碳纳米管：通过化学气相沉积法、电弧放电法等方法制备出多壁碳纳米管。
2. 银离子处理：将银离子溶液与多壁碳纳米管进行混合，使银离子吸附在碳纳米管表面。
3. 干燥与热处理：将吸附了银离子的多壁碳纳米管进行干燥和热处理，使银离子固定在碳纳米管表面，形成载银多壁碳纳米管抗菌剂。
三、载银多壁碳纳米管抗菌剂的性能特点载银多壁碳纳米管抗菌剂具有以下性能特点：1. 高效的抗菌性能：银离子具有广谱抗菌作用，可以有效地杀灭细菌、真菌等微生物。
2. 良好的稳定性：载银多壁碳纳米管抗菌剂具有良好的化学稳定性和热稳定性，可以在各种环境下长期保持其抗菌性能。
3. 易于纤维复合：载银多壁碳纳米管抗菌剂可以与各种纤维进行复合，制备出具有抗菌性能的纤维材料。
四、载银多壁碳纳米管抗菌剂在纤维中的应用载银多壁碳纳米管抗菌剂在纤维中的应用主要包括以下几个方面：1. 纺织纤维：将载银多壁碳纳米管抗菌剂与纺织纤维进行复合，制备出具有抗菌性能的纺织品。
这种纺织品可以广泛应用于服装、家居用品等领域。
2. 医疗纤维：载银多壁碳纳米管抗菌剂可以与医用纤维进行复合，制备出具有抗菌性能的医疗用品，如手术缝合线、医用敷料等。
3. 过滤材料：将载银多壁碳纳米管抗菌剂添加到过滤材料中，可以提高过滤材料的抗菌性能，用于空气过滤、水处理等领域。
五、实验研究与应用实例以纺织纤维为例，介绍载银多壁碳纳米管抗菌剂在纤维中的应用。
首先，将载银多壁碳纳米管抗菌剂与纺织纤维进行复合，制备出具有抗菌性能的纺织品。
碳纳米管载纳米银复合材料制备与抑菌性能测试
碳纳米管载纳米银复合材料制备与抑菌性能测试
刘文超;于美艳;李恺
【期刊名称】《科技信息》
【年(卷),期】2013(000)015
【摘要】本文在羧基化碳纳米管和上制备了纳米银粒子,通过透射电子显微镜(TEM)、抑菌圈实验测试方法对改性碳纳米管及制得的碳纳米管/纳米银复合材料进行了分析表征.并通过抑菌圈实验考察了复合材料在的抑菌性能.通过抑菌圈实验可以看出碳纳米管/纳米银复合材料有明显的杀菌功效.碳纳米管载银复合材料具有很高的稳定性和良好的抑菌性,如果将其加到涂料中,会在海洋防污领域得到很大应用.
【总页数】1页(P49)
【作者】刘文超;于美艳;李恺
【作者单位】中国海洋大学材料科学与工程研究院,山东青岛266100;中国海洋大学材料科学与工程研究院,山东青岛266100;东营出入境检验检疫局,山东东营257000
【正文语种】中文
【相关文献】
1.无患子皂苷-纳米银抑菌洗涤剂的制备及其抑菌性能研究 [J], 欧霖拱
2.纳米银/环氧树脂纳米复合材料制备和性能表征 [J], 夏艳平;陶宇;梁平辉;吴海平;陶国良
3.碳纳米管担载纳米银及其电催化甲醇氧化的研究 [J], 刘雪刚;杜飞鹏;丁一刚;郭
建伟;周兴平;解孝林
4.载纳米银二氧化钛纳米管抑菌能力研究 [J], 苗静雯;张旭;张文怡;孙迎春;马士卿;高平
5.工业大麻纤维负载纳米银复合材料制备及抗菌性评价 [J], 常丽;李德芳;陈安国;李建军;黄思齐;唐慧娟;潘根;邓勇;张翠萍;赵立宁
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Ag多层膜和镀银碳纳米管的抗菌性研究的开题报告
TiN/Ag多层膜和镀银碳纳米管的抗菌性研究的开题报告
一、选题背景及意义
随着抗生素滥用的增加和耐药性菌株的出现，对于研究和开发新的抗菌材料已经成为
一种紧迫的需求。
在工业和医疗领域中，材料表面的抗菌性能对于预防和控制感染具
有重要的意义。
因此，研究抗菌材料并探索其具体的抗菌机制已经成为一个研究热点。
在过去的几年中，多层膜和纳米材料的抗菌性能吸引了很多研究人员的关注。
研究表明，TiN/Ag多层膜和镀银碳纳米管材料具有显著的抗菌性能。
因此，进一步研究这些
材料的抗菌性能和抗菌机制对于开发出有效的抗菌材料具有重要的意义。
二、研究目的
本研究旨在探究TiN/Ag多层膜和镀银碳纳米管材料的抗菌性能和抗菌机制，并比较两种材料的抗菌效果。
三、研究内容
1. 制备TiN/Ag多层膜和镀银碳纳米管材料；
2. 评估材料表面的微生物附着和生长；
3. 研究材料的抗菌机制；
4. 比较TiN/Ag多层膜和镀银碳纳米管材料的抗菌效果；
5. 对研究结果进行数据分析和讨论。
四、预期结果
本研究预计可以深入研究TiN/Ag多层膜和镀银碳纳米管材料的抗菌性能和抗菌机制，并比较两种材料的优缺点。
同时，本研究也可以为开发出更有效的抗菌材料提供有益
的参考和指导。
五、研究意义
本研究可以为提高材料的抗菌性能和开发出新型的抗菌材料提供有益的帮助和支持。
此外，本研究也可以为探索抗菌机制提供新的思路和视角。
纳米抗菌材料国内外研究现状
1.国内外研究现状和发展趋势（1）多尺度杂化纳米抗菌材料的国内外研究进展Ag+、Zn2+和Cu2+等金属离子具有抗菌活性，且毒性小、安全性高而被广泛用作抗菌剂使用。
但是，由于其存在易变色、抗菌谱窄、长效性差、耐热性和稳定性不好等缺点而成为其进一步发展的障碍。
相比而言，纳米银、纳米金、纳米铜、纳米氧化锌等纳米材料则可以在一定程度上克服这些问题。
例如纳米银，在抗菌长效性和变色性方面均比银离子（多孔纳米材料负载银离子）抗菌剂有显著改善，而且其毒性也更低（Adv. Mater. 2010）；关于其抗菌机理，被认为是纳米银释放出银离子而产生抗菌效果（Chem. Mater 2010，ACS Nano 2010）。
纳米金也有类似的效果（Adv. Mater. Res.2012），尽管活性比纳米银稍差，但其对耐药菌株表现出良好的抗菌活性(Biomaterials 2012)。
铜系抗菌材料可阻止“超级细菌”（NDM-1）的传播（Lancet Infec.Dis.2010）。
活性氧化物是使用时间最长、使用面最广泛的一类长效抗菌剂，其中氧化锌是典型代表，特别是近年来随着纳米技术的发展，一系列低维结构氧化锌的出现，为氧化锌系抗菌材料提供了极大的发展空间，由于其良好的安全性，氧化锌甚至可用于牙科等口腔材料（Wiley Znter Sci.，2010）。
本项目相关课题组多年的研究发现，ZnO的形貌差异、结构缺陷和极化率等都会影响其抗菌活性（Phys. Chem. Chem. Phys. 2008）；锌离子还可以与多种成分杂化，产生协同抗菌活性而提高其抗菌性能（Chin. J. Chem. 2008, J. Rare Earths 2011）。
利用杂化纳米材料结构耦合所带来的协同作用提高纳米材料的抗菌活性是近年来的研究热点。
例如：纳米铜与石墨烯杂化体系中存在显著的协同抗菌作用（ACS Nano2010）。
用络氨酸辅助制备的Ag-ZnO杂化纳米材料，表现出良好的抗菌和光催化性能（Nanotechnology 2008）；但是Ag的沉积量过大，催化活性反而有所降低（J. Hazard. Mater. 2011）。
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镀银碳纳米管的抗菌性研究3刘 桐1,唐慧琴1,张学华1,赵 杰1,孙学良2(1.天津师范大学物理与电子信息学院,天津300074;2.加拿大西安大略大学机械工程学院,加拿大安大略省N6A3K7)摘 要: 用离子束辅助沉积(IBAD)方法在碳纳米管表面制备银膜。
用琼脂平板法测试了抗菌率,测试菌种为革兰氏阴性大肠杆菌(E.coil)和革兰氏阳性金黄色葡萄球菌(S.aureus);用扫描电子显微镜(SEM)观测了镀银碳纳米管的微观形貌;用能量散射X射线谱(EDX)分析了镀银碳纳米管表面元素的原子百分比;用X射线光电子能谱(XPS)分析了镀银碳纳米管的表面元素的价态。
研究结果表明,镀银碳纳米管具有优良的抗菌性能,且比在热解碳上镀银样品的抗菌性强。
关键词: 抗菌性;银;碳纳米管;离子束辅助沉积中图分类号: R318.08;O484.1文献标识码:A 文章编号:100129731(2007)05208022041 引 言随着医用生物材料的不断发展,已有越来越多的医用生物材料被用于制造人工器官和器件[1],这些人工器官和器件成功地为患者减轻痛苦,延续患者的生命。
医用生物材料是指用于辅助或替代生物体组织、器官等具有生物体功能的材料[2],它会与生物体的细胞、血液、组织、蛋白质直接接触[3]。
生物材料按其基材的不同,大致可分金属和非金属材料。
金属材料多用于骨科的固定支架、骨板及骨螺钉等[4];非金属材料有人工心脏瓣膜[5],人工导管[6]等。
近年来,由于热解碳具有很好的生物相容性,已用于制备人工心脏瓣膜[7]。
对人工心脏瓣膜的要求不仅要考虑到其机械性能,如耐磨性,抗疲劳,还要具有抗菌性能。
银是金属离子中抗菌能力最强[8]且对人体无毒的金属。
目前,掺银的材料已被用于粉末除菌剂、医疗器械、卫生设施等等,且都显示了其长期的广谱抗菌效果[9]。
所以,为了避免人工心脏瓣膜植入人体后引起感染,我们曾经将银离子注入热解碳,得到了比较理想的抗菌效果[10]。
碳纳米管是近年来发展起来的一种高科技材料,具有很多特性,如吸附性、大比表面积,而且碳纳米管具有很好的生物相容性,会与人体的组织器官形成友好的界面,在生物医学上有很大应用的潜力。
考虑到人工心脏瓣膜是用热解碳制备,如果在热解碳表面生长一层碳纳米管,会大大增加其表面积和吸附能力,再在碳纳米管上利用离子束辅助沉积(IBAD)的方法沉积银膜,就会提高人工心脏瓣膜的抗菌性能。
离子束辅助沉积(ion beam assisted deposition,简称IBAD)是在气相沉积镀膜的同时,利用高能离子轰击薄膜沉积表面,对薄膜表面环境产生影响,从而改变沉积薄膜成分、结构的过程。
这一薄膜制备手段的优点是:合成的薄膜致密,附着力强,能够在低温下合成,可以合成一些用常规手段难以获得的特殊薄膜材料[11,12]。
综合以上因素我们尝试在热解碳上生长碳纳米管,再在碳纳米管表面用IBAD方法镀银,从而提高人工心脏瓣膜的抗菌性能。
2 实验方法2.1 实验材料的准备实验选用兰州海龙新材料科技股份有限公司生产的用于制备人工心脏瓣膜的高纯热解碳作为基材,其中Si含量为0.01%,其它杂质含量均<0.001%。
将厚度为1mm的热解碳切成1.5cm×1.5cm的方形样品,打磨抛光备用。
碳纳米管由加拿大西安大略大学机械工程学院制备。
利用磺酸硅烷在热解碳表面聚合生成的薄片作为载体,磺酸与过渡金属钴、镍交换质子从而形成Co2Ni 双组分催化剂,通过焦耳加热法,在800℃下裂解乙烯,最终在热解碳表面生长纯净的多壁碳纳米管。
这些多壁碳纳米管(MWCN Ts)长20μm,直径30～50nm,与热解碳基底保持着很强的结合力[13]。
2.2 离子束辅助沉积制备银膜本文用来沉积银膜的IBAD设备具有两个宽束考夫曼离子源,一个作高能轰击,一个作低能轰击,一个水冷可旋转的6工位样品台,一个水冷可旋转的4工位靶台。
沉积前,将面积为1.5cm×1.5cm的长有碳纳米管的热解碳样品和空白热解碳样品,放在同一个样品台上,抽真空后,先用束流为5mA氩离子束进行溅射清洗5min,然后再用束流为20mA的Ar+溅射Ag靶的同时,用束流为5mA的低能Ar+束辅助沉积,以增加膜基结合力。
经过台阶仪对陪片测试,银的沉积速率约为3.33nm/min。
用IBAD法沉积银膜的主3基金项目:国家自然科学基金资助项目(10475061);天津市自然科学基金资助项目(033607911)收到初稿日期:2006211201收到修改稿日期:2007201202通讯作者:赵 杰作者简介:刘 桐 (1981-),男,天津人,在读硕士,师承赵杰教授,从事生物医学材料的研究。
要工艺参数如表1所示,样品编号如表2所示。
表1 IBAD 制备Ag 膜的主要工艺参数Table 1Technical Parameters of Silver layer coatingby IBAD本底真空3×10-4Pa 高能氩离子轰击能量 1.4keV 高能氩离子束束流20mA 低能氩离子轰击能量100eV 低能氩离子束束流5mA 工作气压 2.0×10-2Pa沉积温度室温表2 样品特征和编号Table 2Describing and number of samples编号基底镀膜沉积时间(min )A0长有碳纳米管的热解碳无无A1长有碳纳米管的热解碳银膜5A2长有碳纳米管的热解碳银膜10A3长有碳纳米管的热解碳银膜30A4长有碳纳米管的热解碳银膜60B0热解碳无无B1热解碳银膜5B2热解碳银膜10B3热解碳银膜30B4热解碳银膜602.3 抗菌效果的测定采用琼脂平板法进行抗菌性能测试。
平板菌落计数法是将待测样品经适当稀释,使其中的微生物充分分散成单个细胞,取一定量的稀释样液接种到平板上,经过培养,由每个单细胞生长繁殖而形成肉眼可见的菌落,即每一个单菌落代表原样品中一个单细菌。
统计菌落数,根据其稀释倍数和取样接种量即可换算出样品中的含菌数。
先用大肠杆菌为菌种,具体步骤如下:(1)用磷酸缓冲液(PBS )稀释大肠杆菌,将细菌分散成单个的细菌。
用移液管取菌液各0.5ml 放入真菌培养盒中。
再将编号A0、A1、A2、A3、A4、B0、B1、B2、B3、B4的样品放入到无菌真空盒的各个孔中;(2)把步骤一中的培养盒放入转速为150r/min 、37℃的摇床中,恒温培养24h 之后,将样品取出,培养盒里就剩下对应于不同样品的菌液;(3)取11个无菌培养皿,每个培养皿中加入15ml 的营养琼脂培养基,待其凝固后编号。
用无菌移液管吸取于样品作用后的菌液0.2ml ,对号接种于培养皿中,均匀涂布平板后,平放于实验台上20～30min ,使菌液渗入培养基表层内。
将标明相应编号的培养基放入37℃的恒温箱里培养24h ;(4)用显微镜观察并用数码相机记录各个培养皿内的菌落数用抗菌公式计算出个样品的抗菌率[14,15]:抗菌率=参照样品菌落数-试样菌落数参照样品菌落数×100%(5)用金黄色葡萄球菌重复上述实验。
3 结果与讨论3.1 抗菌性能的定性观察实验后得到部分样品与细菌作用后的菌落生成照片(大肠杆菌)如图1所示。
图1 碳纳米管A0,镀银碳纳米管A1和镀银热解碳B1生成菌落(大肠杆菌)的对比照片Fig 1The p hoto s of E.coil Bacteria Colony on CN Ts A0and silver coated CN Ts A1and silver coated pyrocar 2bon B1 大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的琼脂平板法实验图片表明,镀银的碳纳米管和热解碳都具有抗菌性能,而没有镀银的样品A0、B0没有抗菌性能。
在没有镀银的样品A0的培养皿表面,有大量的菌落分布,存在一层白色的、粘稠状的物质;而在热解碳上镀银的样品B1的培养皿表面只有零星的几个细菌菌落;在碳纳米管上镀银的样品A1的培养皿表面几乎没有细菌菌落生成。
通过显微镜观察,在A0培养皿表面的粘稠状白色物质是细菌的新陈代谢产物,而在镀银样品A1、B1上则没有细菌新陈代谢的产物,说明在镀银样品上,细菌的生长受到了抑制。
3.2 抗菌性的定量分析由表3可以看出,当两种基底的样品都未镀有银膜时,A0和B0都不具有抗菌性能。
当在两种样品表面都沉积银膜时,虽然沉积时间很短,银膜厚度仅为20nm 左右时,镀银碳纳米管A1和镀银热解碳B1都具有抗菌性能,可见,银在抗菌过程中起到的关键作用。
但是,我们发现,虽然样品的工艺参数相同,可A1的抗菌性能明显强于B1,这就说明了碳纳米管的存在极大地增大了样品镀银的表面积和样品对细菌的吸附能力,在与菌液接触时,提高了银与细菌作用的几率,从而增强其抗菌能力。
当沉积时间不断加长,银膜厚度逐渐增加时,样品A2、A3、A4对大肠杆菌抗菌率始终保持在99%以上,样品B2、B3、B4的抗菌率也在逐渐增加,最后达到99%以上,这一方面说明了,镀银碳纳米管极大的表面积和吸附能力,可以增强其抗菌能力,另一方面也说明了,样品表面银膜较厚的样品抗菌性能就较好,因为表面的银具有抗菌作用[16],当表面银消耗掉时,膜层内部银可能会向表面偏析,从而增强抗菌效果。
表3 样品的抗菌率Table3Antibacterial rate of samples 菌种抗菌率(%)A0A1A2A3A4E.coli0999999100S.aureus085899295B0B1B2B3B4E.coli088959899S.aureus079838891 通过上述实验说明银对革兰氏阳性菌还是革兰氏阴性菌都具有较强的抗菌作用,但是试样对大肠杆菌的抗菌效果明显优于金黄色葡萄球菌,这可能因为银离子的杀菌性能与细菌细胞壁的厚度有关[17]。
作为革兰氏阴性菌的大肠杆菌的细胞壁仅为几纳米,而革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌的细胞壁厚度在10～100nm之间。
所以在同等环境下,银离子较容易穿透大肠杆菌的细胞壁,使样品对大肠杆菌的抗菌效果优于金黄色葡萄球菌。
3.3 抗菌机理初步分析关于银的抗菌机理,目前存在两种理论:第一种是缓释接触反应说:金属表面缓慢释放金属离子,游离至基体材料的表面,当与细菌接触时,即与细菌体内带负电的活性酶产生库仑引力而强烈吸附,并与酶蛋白中的活性基团—SH、—N H2等发生作用,使蛋白质凝固,从而可破坏细胞合成酶的活性,使细胞丧失分裂增殖的能力而死亡,细菌死亡后,银离子又会从细菌尸体中游离出来,再和其它细菌结合,因此可使抗菌材料具有抗菌性能的长效性。
反应过程通常如下式表示:酶SHSH +2Ag+———酶SAgSAg+2H+ 第二种是活性氧催化反应说:抗菌材料中分布的微量银可激活空气或者水中的氧,产生羟基自由基及活性氧离子O2-,活性氧离子O2-有极强的化学活性,能与细菌及多种有机物发生氧化反应,如这些活性氧可以导致DNA链中的碱基之间的磷酸二酯键的断裂,引起DNA分子单股或双股断裂,破坏DNA双螺旋结构,从而破坏微生物细胞的DNA复制而紊乱细胞的代谢,起到抑制或杀灭细菌的作用[18,19]。