無機抗菌復合材料的制備、抗菌活性及其抗菌機理研究.pdf

1、光催化型無機抗菌材料依賴光致激發(fā)的強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、長期有效、價格低及對人體無害等特點，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抗菌材料，也是目前無機抗菌材料領域最為活躍的一個研究方向。但由于氧化鈦禁帶較寬，對光特別是可見光的利用率較低，單獨使用時需要近紫外光的照射下才能充分體現(xiàn)出來，具有有限性，導致應用領域受到極大的限制

2、。因此對氧化鈦進行修飾從而提高其抗菌活性及拓展應用領域已成為近年來國內(nèi)外學者研究的熱點。本課題立足于研究開發(fā)具有良好的抗菌活性的無機納米抗菌復合材料，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，評估了所有樣品對金黃色葡萄球菌ATCC6538、大腸埃希菌ATCC8099以及銅綠假單胞菌ATCC15442的抗菌活性，對最佳抗菌活性的樣

3、品的抗菌機理、抗菌影響因素、抗菌穩(wěn)定性以及安全性等方面進行了探討。 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獲取的納米粉末結(jié)構(gòu)進行表征。 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法測定了

4、18種樣品中最佳抗菌活性的樣品；用試管法測定了具有最佳抗菌活性材料對上述細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合抗菌材料的抗菌機理。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理外，是否存在其他抗菌機理。實驗中采用光學顯微及電子顯微鏡觀察該樣品作用后不同時間細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等三種細菌為代表，通過更改暴露方式、作用時間、細菌生長代數(shù)、加入樣品中的細菌含量、溶液pH值和有機物干擾等各種因素，研究該納米復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，比較臨時配置、配置兩個月、配置四個月以及配置六個月的樣品對菌株抗菌活性。了解該納米復合抗菌材料可以連續(xù)對幾代細菌產(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，對比10代菌株毒力變化、生化變化、細菌藥敏譜變化；同時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倍量進行急性皮膚刺激實驗檢測該納米抗菌復合材料對實驗動物皮膚的刺激/腐蝕作用和強度：通過急性經(jīng)口毒性試驗檢測納米抗菌復合材料對實驗動物的急性毒性作用和強度；通過小鼠骨髓細胞微

7、核試驗檢測納米抗菌復合材料對小鼠骨髓細胞微核形成的影響，以此評估該納米抗菌復合材料的安全性。 研究結(jié)果： 1、由掃描電鏡和能譜儀測定結(jié)果可知，通過溶膠凝膠法獲取的材料全部為納米級且不含雜質(zhì)。 2、樣品1、2、10、12、18對三種細菌基本無抗菌活性，其余各樣品對不同的細菌均存在不同程度的抗菌活性。摻雜稀土金屬鑭的13號材料(代號FH1號)抗菌活性最強。13號樣品對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、通過光學顯微鏡可以發(fā)現(xiàn)與FH1號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，單個細菌間的聯(lián)接發(fā)生斷裂；大腸埃希菌數(shù)量明顯減少，細菌細胞外觀腫脹，有吞飲現(xiàn)象出現(xiàn)。通過電子顯微鏡，可以發(fā)現(xiàn)細菌數(shù)量明顯減少，細胞壁出現(xiàn)凹凸不平，細胞腫脹、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)細菌菌體蛋白在接觸前后發(fā)生改變。 4、FH1號在無紫外光照與有紫外光照射時同樣具有較好的抗菌活性；作用時間越長抗菌效果越好；細菌濃度越高，材料濃度要求越高；靜止期細菌殺滅率較繁殖期細菌弱，處于穩(wěn)定生長期的細菌要比處于對數(shù)生長期的細菌難失活；pH值在5-9的范圍，對FH1號的殺菌作用無影響；有機物對滅菌效果的影響較大。 5、臨時配置、配置兩個月、配置四個月和配置六個月的FH1號對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號對細菌的抗菌活性明顯下降，細菌殺滅率由最初的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號對細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，實驗大腸埃希菌從第四代開始生化反應管中鳥氨酸與棉子糖發(fā)生變化，細菌藥敏譜無變化、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、化反應管中尿素實驗陽性時間發(fā)生延長，血漿凝固酶實驗均為陽性，細菌藥敏譜無變化，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計數(shù)為0，一次破損皮膚刺激試驗計數(shù)為0.5，結(jié)果提示FH1號屬于無刺激性材料。一次最大限度試驗結(jié)果顯示FH1號在5000mg/kg實驗條件下，所有受試動物均沒有死亡，提示為實際無毒材料。實驗結(jié)果表明本試驗中三種不同劑量組納米抗菌復合材料對小鼠骨髓細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復合材料全部為納米級且不含雜質(zhì)。 2、樣品1、2、10、12、18對金黃色葡萄球菌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FH1)抗菌活性最強。 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作用時間、細菌濃度、細菌生長狀態(tài)、pH值以及有機物的影響有關(guān)。穩(wěn)定性較強，連續(xù)使用6次后抗菌活性有降低，亞