TiO2对流感病毒(H1N1)灭活作用的研究

2. 2 TiO2 对 HlNl 病毒光催化灭活的影响因素 2. 2. I Tio2 用量的影响 由于 HINI 病毒的光催化病毒灭活中包含有催化剂 Tio2 吸附的影响， 有必要 考察催化剂用量对灭活的影响. 图 2 给出当催化剂 （ T-400 ） 用量不同时，HINI 病毒液的滴度 （ 初始滴 随光照时间的变化. 由图 2 可看出，当加有 2 mg / mL T-400 ，光照 20 min 时病毒滴度几乎没有 度 = 64 ） 变化；当加有 4 ， 6 和 8 mg / mL 的 T-400 ，同样光照 20 min 时 HINI 的滴度分别降为 32 ， I6 和 8. 但随 着光照时间延长，加入 2 ~ 8 mg / mL 的 T-400 都能最终使病毒失活，所需的时间随 Tio2 用量的增加而 缩短，分别为 I20 ， 60 ， 40 和 30 min. 说明当 Tio2 用量增加时，对 HINI 的综合灭活效能增大. 实验结果证明，Tio2 对 HINI 病毒综合灭活效能包括吸附灭活和光催化灭活两种贡献. 图 2 表明， 催化剂的用量和所用的灭活时间成反比， 如果催化剂对 HINI 的吸附量与其质量成正比， 则其对 HINI
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高等学校化学学报
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l. 3
HlNl 的光催化灭活实验 在自制的间 歇 式 反 应 器 中 加 入 一 定 比 例 经 高 温 处 理 后 的 Tio2 粉 末 和 病 毒 反 应 液，用 紫 外
光 （ P1iiips 8 W 荧光紫外灯管，主波长 365 nm ） 从液面正 上 方 照 射，光 强 约 为 0. 45 mW / cm2 （ SUV UV-METER） ，在此过程中用电磁搅拌器搅拌. 反应不同时间后，离心分离反应液，取上清液用新鲜鸡 血红细胞进行血凝实验，测定残余的病毒滴度. 病毒的滴度是病毒感染力大小的一种量度，其值越高， 表明感染力越强，反之则越弱. 病毒的滴度通常采用其对新鲜鸡血红细胞的凝血实验测得，因此也可
［ I4 ］ 例 ，金红石和锐态矿相对光生电子产生和迁移有协同作用，同时其具有相对较大的比表面积，吸附
能力较强.
Table l
cataiyst T-300 T-400
XRD and BET specific area results of TiOZ
cataiyst T-500 T-600 / m2 ・ g - I ） （ Anatase） （% ） ! （ Rutiie） （ % ） S BET （ ! I8 0 82 I00 4I. 2 24. 3
紫外光、TiO2 吸附及光催化作用对 HlNl 病毒的灭活效果 图 I 为分别仅用紫外光照射、只加入 Tio（ 2 4 mg / mL T-400 ）和加入 Tio2 同时用紫外光照射等 3 种
情况下所测 HINI 病毒液滴度随时间的变化. 由图 I 可看出，单独在 365 nm 紫外光照射下，病毒的滴 度不随光照时间增加而改变，说明 365 nm 紫外光对 HINI 病毒无灭活作用. 当仅加 Tio2 而无紫外光照 射时，病毒的滴度只稍有下降，I 1 后由初始时的 64 下降到 32. 这说明 Tio2 催化剂能与病毒发生作 用，病毒可能在催化剂表面有吸附作用. 随后，将吸附病毒的 Tio2 加入到 2 mL 生理盐水中振荡后，离 心分离并收集洗脱液，再用血凝实验测定洗脱液中病毒的滴度，发现呈阴性，表明 Tio2 通过表面对病 毒的吸附作用也能使病毒失活，但由于吸附量的限制只能杀灭一小部分病毒. 有意义的是，当 Tio2 催 化剂和紫外灯同时存在时，病毒的滴度随光照时间增加而下降， I 1 后降为 0 ，即病毒被全部灭活. 上述结果表明，Tio2 通过其表面吸附作用，特别是光催化作用能够彻底杀灭 HINI 流感病毒.
流感病毒感染是危害人类健康的顽症之一，虽然对其防治研究已有数十年之久，但至今仍然难以 防范. 目前，预防流感的主要措施是注射流感疫苗，但是疫苗只有与正在传播的流感亚型相配时才有
［ l］ 效 . 因此，在进行新流感疫苗研制的同时，开发广谱、高效及环境友好的病毒灭活剂有着同等重要
的意义. TiO2 在紫外光激发下，可以催化氧化各种有机物和杀灭细菌，已在环境保护领域获得实际应
Fig. lห้องสมุดไป่ตู้
Inactivation of HlNl !". reaction time
a. UV Oniy；b. T-400 Oniy；c. T-400 + UV.
Fig. 2
Inactivation of HlNl !". illumination time
a. UV Oniy；b. 2 mg / mL；c. 4 mg / mL； d. 6 mg / mL；e. 8 mg / mL.
1
1. 1
实验部分
试 剂
［ ll ］ 流感病毒 （ HlNl ） 株由中国预防医学科学院提供，其经鸡胚扩增收集尿囊腔病毒液 后分装、保
存于液氮贮存罐内. 取新鲜鸡血离心分离出杂质后，用生理盐水配成质量分数为 2% 的血红细胞溶液， 在测定滴度前保存于 4 C 冰箱中待用. 1. 2 催化剂制备和表征
［ l2 ］ TiO2 溶胶采用改进的溶胶-凝胶法制备 . 将该溶胶于 60 C 缓慢烘干、破碎、过筛，在不同温度
（ 300 ， 400 ， 500 ， 600 C ） 下焙烧 3 1，制得实验用 TiO2 粉末催化剂，分别记为 T-300 ，T-400 ，T-500 和 T-600 ，颗粒尺寸为 400 目. 催化剂的晶相用 P1ilips Pwl7l0 X 射线衍射仪测定，BET 比表面积在 OMNISORP l00CX 气体吸附 分析仪上用 N2 气吸附测定. 用 MALVERN 3000 HSA Zatasizer （ Malvern Instruments Ltd. ） 测定催化剂的 等电点，具体步骤如下：将样品分散在生理盐水中，超声波振荡 l0 min 后用 0. 4 !m 的滤膜滤去大颗 粒，将小颗粒重新分散于生理盐水中，用 0. l mOl / L 的 NaOH 或 HCl 调节悬浮液的 pH 值，并测定不同 pH 值下的 !"#$ 电势. 通过 !"#$ 电势对 pH 作图得到其等电点.
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林章祥等：TiO2 对流感病毒 （ HINI ） 灭活作用的研究
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的光催化灭活能力在 2 ~ 8 mg / mL 用量范围内也成 正比. 这与一般有机物光催化降解中催化剂用量存
［ I3 ］ 的结论不一致. 可能是由于催化 在一个最佳值
剂在这个用量范围内的增加尚不能造成对光利用率 的降低所致. 2. 2. 2 TiO2 焙烧温度的影响 图 3 为初始滴度为 64 的 HINI 病毒液中加入 4 mg / mL 不同温度焙烧 的 TiO2 时滴度随光照时间的变化. 由图 3 可看出， 用经 300 ，400 和 500 C 焙烧的 TiO（ 2 T-300 ，T-400 和T-500 ） 并光照 60 min 时，HINI 的滴度分别降为 T-600 ） 光照 I6 ， 0 和 8 ，而将 600 C 焙烧的 TiO（ 2 60 min，病 毒 液 的 滴 度 却 没 有 变 化. 用 T-300 ，
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高等学校化学学报
CHEMICAL JOURNAL OF CHINESE UNIVERSITIES
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TiO2 对流感病毒 （ H1N1 ） 灭活作用的研究
林章祥l ，李朝晖l ，王绪绪l ，付贤智l ，杨桂芹l ，林华香l ，孟
（ l. 福州大学光催化研究所， 2. 生物科学与工程学院，福州 350002 ） 摘要 利用滴度测定和透射电镜观察研究了 365 nm 的紫外光照射下 TiO2 对流感病毒 （ HlNl ） 的灭活性能，
春2
并结合催化剂样品的 XRD 分析、N2 气吸附性能测定及其在实验条件下的表面 !"#$ 电势的测量结果，探讨了 催化剂用量、焙烧温度、比表面积以及表面电性与灭活性能的关系. 研究结果表明，400 C 时焙烧的 TiO2 对 HlNl 的灭活性最好；TiO2 的表面电性对灭活性有显著影响；TiO2 对 HlNl 的光催化灭活作用首先发生在 HlNl 的纤突部分，纤突部分的破坏导致 HlNl 的失活，分解直至矿化. 关键词 TiO2 ；光催化；灭活；HlNl 流感病毒 O643 文献标识码 A 文章编号 025l-0790 （ 2006 ） 04-072l-04 中图分类号
Fig. 3 Inactivation of HlNl vs. illumination time for TiOZ calcinated at different temperatures
a. T-400 ；J. T-500 ；c. T-300 ；d. T-600.
T-400 ，T-500 和 T-600 作催化剂，完全灭活 HINI 所需的时间分别为 I20 ， 60 ， 80 和 I40 min. 由表 I 中所列催化剂样品晶相组成和 BET 比表面积数据可看出，随着焙烧温度的增加，样品比表 面积减少，锐钛矿相逐渐向金红石相转变. 通常认为，由于 TiO2 中锐钛矿相比金红石相具有较高的费 米能级、较多的表面羟基和较大的比表面积，因而具有较高的光催化活性. T-600 由于全为金红石相且 比表面积最低，因而对 HINI 的灭活能力最低，达到 I00% 灭活需要的时间最长. 其余几个样品中， T-400 对 HINI 的灭活效率最好，这可能是由于其组成中所含锐钛矿相和金红石相有比较合适的比
/ m2 ・ g - I ） （ Anatase） （% ） ! （ Rutiie） （ % ） S BET （ ! 94 86 6 I4 I26. 5 88. I
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催化剂表面电性的影响
对于液相光催化过程，催化剂表面所处的状态比气相复杂得多，以