TiO2納米粒子和納米管的生物學效應及其在PP復合材料中抗菌作用的研究.pdf

1、納米TiO2的應用領域越來越廣泛，該材料在其生產(chǎn)和使用過程中不可避免的會與生物系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境接觸，由此將可能對人體及生物產(chǎn)生影響。本文系統(tǒng)研究并分析了TiO2納米粒子和納米管的體內(nèi)和體外生物毒性、對原核微生物的抗性和作用機理、以及納米TiO2光催化抗菌劑在抗菌復合材料中的抗菌性能及抗菌機理。主要研究工作包括下列內(nèi)容:
　　(1)采用水熱法制備了TiO2納米粒子和TiO2納米管，通過透射電鏡(TEM)、X射線衍射儀(XRD)、傅立葉

2、紅外光譜分析儀(FT-IR)和拉曼光譜儀(Raman)等方法對制得的粉體進行了微結構表征。結果表明，TiO2納米粒子的粒徑為100nm，TiO2納米管的管徑為10nm，管長200nm左右，XRD顯示TiO2納米粒子為銳鈦礦型結構，而TiO2納米管為銳鈦礦和金紅石的混合晶型，紅外光譜結果表明納米TiO2表面無其它修飾基團。
　　(2)用氣管滴注法對小鼠分別進行了TiO2納米粒子和納米管染毒，在不同的時間對小鼠肺泡灌洗液、血清酶學指標

3、檢測和肺組織切片病理觀察，結果表明兩種材料均對肺臟組織產(chǎn)生損傷，但是從肺泡結構的完整性以及組織變厚的程度看，在相同劑量下納米粒子組比納米管組的危害更嚴重，引起肺組織細胞膜的損傷和脂質(zhì)過氧化程度升高，肺部毛細血管的屏障作用未受到大的影響;這種染毒方式對小鼠肝臟、心肌組織、腎臟都產(chǎn)生不同程度的損傷。
　　(3)通過小鼠腹腔巨噬細胞分別與TiO2納米粒子和納米管直接接觸染毒，觀察不同時間巨噬細胞的形態(tài)，檢測細胞的存活率以及細胞上清液中M

4、DA，LDH，GSH的含量以評價TiO2納米粒子和納米管的體外細胞毒性。研究結果表明:TiO2納米粒子能被巨噬細胞吞噬，對巨噬細胞形態(tài)有明顯的影響，在不同染毒時間內(nèi)對巨噬細胞造成急性損傷作用程度不同，存在著濃度-效應關系;TiO2納米管不能被巨噬細胞吞噬，對巨噬細胞形態(tài)影響并不明顯;TiO2納米粒子和TiO2納米管接觸培養(yǎng)的細胞上清液中MDA，LDH，GSH的變化均隨染毒時間和濃度而改變，可見TiO2納米粒子和TiO2納米管均導致了細胞

5、氧化應激并因此產(chǎn)生毒性損傷。
　　(4)考察TiO2納米粒子和納米管在無光照條件下的抗菌性能，結果發(fā)現(xiàn)在相同劑量、相同的接觸時間，對大腸桿菌（Escherichia coli）和金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）TiO2納米粒子比納米管具有更好的抗菌性能。因此，采用溶膠凝膠法制各了平均粒徑為30nm氮摻雜TiO2納米粒子。比較了未摻雜二氧化鈦納米粒子和氮摻雜二氧化鈦納米粒子在黑暗條件和可見光照射條件下分別

6、對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的影響，結果發(fā)現(xiàn):大腸桿菌和金黃色葡萄球菌分別與二氧化鈦納米粒子接觸培養(yǎng)2小時后，其在黑暗條件下的存活率均高于其在光照條件下的存活率，但未摻雜二氧化鈦納米粒子的存活率下降值遠小于氮摻雜二氧化鈦納米粒子的存活率下降值，說明可見光照射對氮摻雜納米二氧化鈦的殺菌率有明顯增強作用。
　　(5)將制得的氮摻雜的二氧化鈦納米粒子作為抗菌劑，加入PP復合材料中，采用熔融共混法制得TiO2納米粒子不同含量的PP復合材料，

7、對所制備的不同含量TiO2納米粒子的PP復合材料的微觀結構、力學性能以及抗菌性能進行測試。結果表明:當TiO2含量為2wt.％時，納米TiO2/PP復合材料的綜合力學性能最好;納米TiO2/PP復合材料的沖擊斷口形貌為脆性斷口，納米TiO2添加到PP中可提高復合材料的力學性能;抗菌性能測試發(fā)現(xiàn)，與純PP材料相比，納米TiO2/PP復合料在光照條件下的抗菌性能明顯優(yōu)于純PP材料。
　　本文的上述研究結果進一步揭示了納米TiO2材料的