無機(jī)抗菌復(fù)合材料的制備、抗菌活性及其抗菌機(jī)理研究.pdf

1、光催化型無機(jī)抗菌材料依賴光致激發(fā)的強(qiáng)氧化自由基而起殺菌作用。其中氧化鈦不僅具有光催化活性高、抗菌速度快、熱穩(wěn)定性好、長(zhǎng)期有效、價(jià)格低及對(duì)人體無害等特點(diǎn)，而且能分解內(nèi)毒素，具有凈化、自潔、除臭和驅(qū)除氧化氮等功能，因而成為最受關(guān)注的一種光催化型無機(jī)抗菌材料，也是目前無機(jī)抗菌材料領(lǐng)域最為活躍的一個(gè)研究方向。但由于氧化鈦禁帶較寬，對(duì)光特別是可見光的利用率較低，單獨(dú)使用時(shí)需要近紫外光的照射下才能充分體現(xiàn)出來，具有有限性，導(dǎo)致應(yīng)用領(lǐng)域受到極大的限制

2、。因此對(duì)氧化鈦進(jìn)行修飾從而提高其抗菌活性及拓展應(yīng)用領(lǐng)域已成為近年來國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)。本課題立足于研究開發(fā)具有良好的抗菌活性的無機(jī)納米抗菌復(fù)合材料，采用溶膠-凝膠法制備出納米氧化鈦溶膠溶液、摻鐵納米氧化鈦溶膠溶液、摻鑭納米氧化鈦溶膠溶液，用冷凍干燥的方法干燥成干凝膠粉，在不同溫度下煅燒生成納米粉末，評(píng)估了所有樣品對(duì)金黃色葡萄球菌ATCC6538、大腸埃希菌ATCC8099以及銅綠假單胞菌ATCC15442的抗菌活性，對(duì)最佳抗菌活性的樣

3、品的抗菌機(jī)理、抗菌影響因素、抗菌穩(wěn)定性以及安全性等方面進(jìn)行了探討。 研究方法： 1、采用溶膠-凝膠法制備出純納米氧化鈦和摻鐵納米氧化鈦、摻鑭溶膠納米氧化鈦溶液，用冷凍干燥的方法干燥成干凝膠粉，在不同的溫度下煅燒生成18種納米粉末。采用掃描電鏡和能譜儀對(duì)獲取的納米粉末結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。 2、選擇金黃色葡萄球菌ATCC6538、大腸埃希菌ATCC8099、銅綠假單胞菌ATCC15442為代表；采用三角燒瓶振蕩試驗(yàn)法測(cè)定了

4、18種樣品中最佳抗菌活性的樣品；用試管法測(cè)定了具有最佳抗菌活性材料對(duì)上述細(xì)菌的最低抑菌濃度與最低殺菌濃度。 3、初步探討了最佳抗菌活性的納米復(fù)合抗菌材料的抗菌機(jī)理。比較紫外光照射與避光條件下的抗菌活性不同，探討除存在光催化氧化機(jī)理外，是否存在其他抗菌機(jī)理。實(shí)驗(yàn)中采用光學(xué)顯微及電子顯微鏡觀察該樣品作用后不同時(shí)間細(xì)菌菌體外觀及超微結(jié)構(gòu)的變化。采用聚丙烯酰胺凝膠電泳法檢測(cè)材料作用前后是否有菌體蛋白的變化。 4、選擇金黃色葡萄球

5、菌ATCC6538、大腸埃希菌ATCC8099、銅綠假單胞菌ATCC15442等三種細(xì)菌為代表，通過更改暴露方式、作用時(shí)間、細(xì)菌生長(zhǎng)代數(shù)、加入樣品中的細(xì)菌含量、溶液pH值和有機(jī)物干擾等各種因素，研究該納米復(fù)合抗菌材料抗菌活性的影響因素。 5、選擇金黃色葡萄球菌ATCC6538、大腸埃希菌ATCC8099為代表，比較臨時(shí)配置、配置兩個(gè)月、配置四個(gè)月以及配置六個(gè)月的樣品對(duì)菌株抗菌活性。了解該納米復(fù)合抗菌材料可以連續(xù)對(duì)幾代細(xì)菌產(chǎn)生作用

6、。用亞抑菌濃度材料連續(xù)10代消毒金黃色葡萄球菌ATCC653、大腸埃希菌ATCC8099，對(duì)比10代菌株毒力變化、生化變化、細(xì)菌藥敏譜變化；同時(shí)用亞抑菌濃度材料連續(xù)10代消毒臨床菌株XY449、XY366，分析10代菌株質(zhì)粒圖譜變化。 6、采用最低抑菌濃度5倍量進(jìn)行急性皮膚刺激實(shí)驗(yàn)檢測(cè)該納米抗菌復(fù)合材料對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物皮膚的刺激/腐蝕作用和強(qiáng)度：通過急性經(jīng)口毒性試驗(yàn)檢測(cè)納米抗菌復(fù)合材料對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的急性毒性作用和強(qiáng)度；通過小鼠骨髓細(xì)胞微

7、核試驗(yàn)檢測(cè)納米抗菌復(fù)合材料對(duì)小鼠骨髓細(xì)胞微核形成的影響，以此評(píng)估該納米抗菌復(fù)合材料的安全性。 研究結(jié)果： 1、由掃描電鏡和能譜儀測(cè)定結(jié)果可知，通過溶膠凝膠法獲取的材料全部為納米級(jí)且不含雜質(zhì)。 2、樣品1、2、10、12、18對(duì)三種細(xì)菌基本無抗菌活性，其余各樣品對(duì)不同的細(xì)菌均存在不同程度的抗菌活性。摻雜稀土金屬鑭的13號(hào)材料(代號(hào)FH1號(hào))抗菌活性最強(qiáng)。13號(hào)樣品對(duì)ATCC6538、ATCC8099以及ATCC15

8、442的最低抑菌濃度分別為12.5mg/ml、25mg/ml、25mg/ml：最低殺菌濃度分別為25mg/ml、50mg/ml、50mg/ml。 3、通過光學(xué)顯微鏡可以發(fā)現(xiàn)與FH1號(hào)接觸后金黃色葡萄球菌的典型葡萄狀結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，單個(gè)細(xì)菌間的聯(lián)接發(fā)生斷裂；大腸埃希菌數(shù)量明顯減少，細(xì)菌細(xì)胞外觀腫脹，有吞飲現(xiàn)象出現(xiàn)。通過電子顯微鏡，可以發(fā)現(xiàn)細(xì)菌數(shù)量明顯減少，細(xì)胞壁出現(xiàn)凹凸不平，細(xì)胞腫脹、固縮或壞死，胞質(zhì)減少，菌體表面電子密度增高。通過

9、聚丙烯酰胺凝膠電泳法發(fā)現(xiàn)細(xì)菌菌體蛋白在接觸前后發(fā)生改變。 4、FH1號(hào)在無紫外光照與有紫外光照射時(shí)同樣具有較好的抗菌活性；作用時(shí)間越長(zhǎng)抗菌效果越好；細(xì)菌濃度越高，材料濃度要求越高；靜止期細(xì)菌殺滅率較繁殖期細(xì)菌弱，處于穩(wěn)定生長(zhǎng)期的細(xì)菌要比處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的細(xì)菌難失活；pH值在5-9的范圍，對(duì)FH1號(hào)的殺菌作用無影響；有機(jī)物對(duì)滅菌效果的影響較大。 5、臨時(shí)配置、配置兩個(gè)月、配置四個(gè)月和配置六個(gè)月的FH1號(hào)對(duì)金黃色葡萄球菌與大腸

10、埃希菌的最低抑菌濃度與最低殺菌濃度無差異。在抑菌濃度下，連續(xù)加入金黃色葡萄球菌ATCC65386代后FH1號(hào)對(duì)細(xì)菌的抗菌活性明顯下降，細(xì)菌殺滅率由最初的96％下降到67％(P<0.05)，而在抑菌濃度下，連續(xù)加入大腸埃希菌ATCC8099 5代后FH1號(hào)對(duì)細(xì)菌的抗菌活性也有所下降。用亞抑菌濃度連續(xù)消毒10代后，實(shí)驗(yàn)大腸埃希菌從第四代開始生化反應(yīng)管中鳥氨酸與棉子糖發(fā)生變化，細(xì)菌藥敏譜無變化、質(zhì)粒圖譜無明顯變化，金黃色葡萄球菌從第八代開始生

11、化反應(yīng)管中尿素實(shí)驗(yàn)陽性時(shí)間發(fā)生延長(zhǎng)，血漿凝固酶實(shí)驗(yàn)均為陽性，細(xì)菌藥敏譜無變化，臨床菌株的質(zhì)粒圖譜無明顯改變。 6、一次完整皮膚刺激試驗(yàn)計(jì)數(shù)為0，一次破損皮膚刺激試驗(yàn)計(jì)數(shù)為0.5，結(jié)果提示FH1號(hào)屬于無刺激性材料。一次最大限度試驗(yàn)結(jié)果顯示FH1號(hào)在5000mg/kg實(shí)驗(yàn)條件下，所有受試動(dòng)物均沒有死亡，提示為實(shí)際無毒材料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本試驗(yàn)中三種不同劑量組納米抗菌復(fù)合材料對(duì)小鼠骨髓細(xì)胞微核率變化無影響。 研究結(jié)論：

12、1、通過溶膠凝膠法獲取的無機(jī)復(fù)合材料全部為納米級(jí)且不含雜質(zhì)。 2、樣品1、2、10、12、18對(duì)金黃色葡萄球菌ATCC6538、大腸埃希菌ATCC8099、銅綠假單胞菌ATCC15442無抗菌活性；樣品13(納米摻鑭氧化鈦材料，代號(hào)FH1)抗菌活性最強(qiáng)。 3、FH1在避光與紫外線照射下抗菌活性無顯著性差異?？咕钚耘c作用時(shí)間、細(xì)菌濃度、細(xì)菌生長(zhǎng)狀態(tài)、pH值以及有機(jī)物的影響有關(guān)。穩(wěn)定性較強(qiáng)，連續(xù)使用6次后抗菌活性有降低，亞