載銀納米二氧化鈦的制備及抗菌性能研究

劉 軍，羅志龍，宋揚揚

（1. 陜西省石油化工研究設計院， 陜西 西安 710054； 2. 西安近代化學研究所， 陜西 西安 710065）

細菌、真菌、霉菌等病原體微生物的廣泛存在和極易繁殖影響著人們的生活環境和身體健康。伴隨著納米技術和材料科學的快速發展，各類新型無機抗菌劑被逐漸研制開發并應用于涂料、陶瓷、醫療等領域。

一般地，無機抗菌劑可分為三大類：一、金屬離子型抗菌劑，比較有代表性的有載銀沸石。主要利用載體的多孔性質將銀離子以離子交換或物理吸附的方式與載體結合[1]。二、氧化物光觸媒型抗菌劑，依據納米TiO2、納米ZnO等在光激發下能夠產生導帶電子、價帶空穴、超氧自由基、羥基自由基等，形成氧化還原體系，從而具有殺滅細菌的作用[2]。三、復合型抗菌劑。主要為金屬離子與光催化復合型，其中載銀納米二氧化鈦屬新型復合抗菌劑，既利用了納米 TiO2的光催化機理殺菌，又彌補了在暗光處抗菌能力的不足；既利用了銀離子優異的廣譜抗菌性能，又利用了納米材料比表面積大實現了銀的緩釋[3]。由于其安全無毒、熱穩定性好、廣譜及持久的抗菌性能而在復合型抗菌劑中占有主導地位[4]。

本實驗是以Ag+和Cl-直接反應生成AgCl沉淀，以碳酰二胺為沉淀劑與 TiOSO4溶液反應生成，沉積在AgCl晶種表面，再以沉淀未完全沉淀的Ti2+，這也形成了對關鍵組分的二次包裹。

1 實驗部分

1.1 原料與儀器

碳酰二胺、硝酸銀、磷酸氫二鈉、氯化鈉、無水乙醇、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）均為分析純；硫酸氧鈦為工業級；實驗用水為蒸餾水。

A2型二級生物安全柜；恒溫振蕩培養箱；JEM-3010型透射電鏡。

1.2 載銀納米二氧化鈦的制備

準確稱量一定量的 CO(NH2)2，用一定量蒸餾水溶解后加入帶攪拌器的500 mL三口燒瓶中，加入微量分散劑PVP，再加入0.1 mol/L的NaCl溶液30 mL，開動攪拌器（300 r/min），緩慢滴加0.1 mol/L的AgNO3溶液28 mL。反應完后，分別加入一定量的TiOSO4溶液，控制加入速度，加料完后，將料液移入溫度大于90 ℃的水浴中反應，反應一段時間后立即從水浴中取出并于冷水冷卻至室溫，緩慢滴加一定量已溶解的Na2HPO4對未沉淀的Ti2+離子進行二次沉淀，反應完全后，將溶液進行過濾，用蒸餾水洗滌濾餅后在真空干燥箱中60 ℃下干燥3 h，之后于馬弗爐中700 ℃下煅燒2 h后得到粉體產品。

主要反應如下：

1.3 抗菌試驗

依據《納米無機材料抗菌性能檢測方法》（GB/T 21510-2008），測試載銀納米二氧化鈦對金黃色葡萄球菌（S.aureus）、大腸桿菌（E.coli）和白色念珠菌（C.albicans）的抗菌性能。

抗菌率R按式(1)計算:

式中: R—抗菌率，%；

A—對照樣品與受試菌接觸一定時間后平均回收菌數，單位為菌落形成單位每毫升數（cfu/mL）；

B—試驗樣品與受試菌接觸一定時間后平均回收菌數，單位為菌落形成單位每毫升數（cfu/mL）。

試驗步驟如下：

⑴制備菌懸液：取菌種第三代營養瓊脂培養基斜面24 h新鮮培養物，用0.03 mol/L磷酸鹽緩沖液稀釋至約為105 cfu/mL，將菌懸液保存于4 ℃冰箱內且保存不應超過4 h。

⑵對照組樣液制備：稱取0.5 g納米二氧化硅粉末于三角燒瓶中，加入95 mL含0.1%吐溫-80的磷酸鹽緩沖液混勻后再加入5.0 mL預制菌懸液。

⑶試驗組樣液制備：稱取所制得的0.5 g載銀納米二氧化鈦粉末于三角燒瓶中，加入95 mL含0.1%吐溫-80的磷酸鹽緩沖液混勻后再加入5.0 mL預制菌懸液。

⑷對照樣本“0”接觸時間活菌計數：吸取1.0 mL對照樣液于滅菌平皿中，每樣液平行接種2個平皿，傾注 45 ℃已溶解的營養瓊脂培養基，待瓊脂培養基凝固后翻轉平板，將上述平板置于 37 ℃恒溫培養箱中，做菌落計數。

⑸振蕩接觸培養：將含對照樣本和試驗樣本的三角燒瓶固定于恒溫振蕩培養箱的搖床上，在 37℃下，以150 r/min速度接觸振蕩4 h。

⑹振蕩接觸后活菌計數：振蕩后的對照樣液和試驗樣液經適當稀釋后，分別取1.0 mL的樣液接種于滅菌平皿中，每樣液平行接種2個平皿，傾注5℃已溶解的營養瓊脂培養基，待瓊脂培養基凝固后翻轉平板，將上述平板置于 37 ℃恒溫培養箱中，做菌落計數。

2 結果與討論

2.1 載銀納米二氧化鈦粉體抗菌性能測試

抗菌性能測試結果見表1。

表1 抗菌粉體濃度對抗菌率的影響Table 1 Effect of concentration of the antibacterial agent on germ killing efficiency

測試結果表明載銀納米二氧化鈦對金黃色葡萄球菌（S.aureus）、大腸桿菌（E.coli）和白色念珠菌（C.albicans）達到 99%抗菌率的最小濃度分別是90、70、60 mg/L。

2.2 透射電鏡形貌分析（TEM）

使用JEM-3010型透射電鏡表征制得載銀納米二氧化鈦粉體粒徑及形貌。圖1為載銀納米二氧化鈦粉體的電子透射顯微鏡(TEM)照片，可見粒徑分布范圍100～200 nm，分散性良好，無明顯團聚現象。

圖1 納載銀米二氧化鈦TEM照片Fig.1 TEM photograph of nano-Ag/TiO2

3 結 論

（1）以Ag+和Cl-直接反應生成AgCl沉淀，以碳酰二胺為沉淀劑與TiOSO4溶液反應生成Ti(OH)2，沉積在AgCl晶種表面。主要經水解、沉淀、過濾、洗滌、煅燒步驟制備納米載銀二氧化鈦。經透射電鏡（TEM）表征，其粒徑主要分布于100～200 nm，分散性良好。

（2）依據《納米無機材料抗菌性能檢測方法》（GB/T 21510-2008）對所制備的納米載銀二氧化鈦進行了抗菌性檢測，測試結果表明載銀納米二氧化鈦對金黃色葡萄球菌（S.aureus）、大腸桿菌（E.coli）和白色念珠菌（C.albicans）達到99%抗菌率的最小濃度分別是90、70 、60 mg/L。

［1］ 李蓓,趙銥民,楊聚才,等.比較納米載銀抗菌劑與納米二氧化鈦抗菌劑抗白色念珠菌性能的實驗研究[J].臨床口腔醫學雜志,2008,24(2):70-72.

［2］ 姬平利,王金剛,朱曉麗,等.Ag摻雜型空心 TiO2納米微球的制備與表征及其光催化性能[J].物理化學學報,2012,28(9):2155-2161.

［3］ 馬登峰,彭兵,柴立元,等.載銀納米二氧化鈦抗菌粉體的制備工藝研究[J].精細化工中間體,2006,36(1):63-66.

［4］ 陳娜麗, 馮輝霞, 王毅, 等. 納米載銀無機抗菌劑的研究進展[J].應用化工, 2009, 38(5):717-720.

［5］趙燕禹,李勇,商連弟,等.常壓水解法制備納米二氧化鈦及表征[J].無機鹽工業,2010,42(6):42-46.