殼聚糖負(fù)載TiO2抗菌材料的研究

趙獻(xiàn)峰

(太原理工大學(xué)，山西 太原 030024)

引 言

殼聚糖主要通過(guò)有效基團(tuán)NH3+和可以形成高分子絮凝劑實(shí)現(xiàn)抗菌的目的。由于殼聚糖是帶正電荷的堿性多糖，所以在中性或偏堿性環(huán)境下，產(chǎn)生的質(zhì)子化氨基減少，其抗菌性也同樣大大減弱[1]，并且單獨(dú)使用時(shí)，抗菌能力較差。為了提高抗菌劑的抗菌能力，引入無(wú)機(jī)金屬類抗菌成分，TiO2的抗菌作用是通過(guò)光催化作用進(jìn)行，能更持久地發(fā)揮抗菌作用[2]。

本文采用溶液擴(kuò)散法制備納米殼聚糖顆粒，并以其作為載體負(fù)載納米TiO2，以制備復(fù)合抗菌材料。通過(guò)IR、SEM、TEM、抗菌性能實(shí)驗(yàn)等表征材料的各項(xiàng)指標(biāo)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

二氧化鈦，銳鈦型，德國(guó)Sachtleben；殼聚糖，脫乙酰度90%，上海源聚生物科技有限公司；span-85，潤(rùn)華精細(xì)化工廠；石油醚，淄博企寧精細(xì)化工有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

電熱恒溫水浴鍋，DK-98-Ⅱ，天津市泰斯特儀器有限公司；磁力加熱攪拌儀，CJJ-78，江蘇金壇大地自動(dòng)化儀器廠；離心機(jī)，LD4-2 ，北京市醫(yī)藥離心機(jī)廠；超聲波清洗器，KQ-50型，昆山市超聲波儀器廠。8400S型傅立葉紅外光譜儀，日本Shimadzu公司；JSM-6700F型場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡；日本；S-530型透射電子顯微鏡。

1.3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

1.3.1 納米殼聚糖的制備

在1%的醋酸溶液中加入0.2 g的殼聚糖粉末，電磁攪拌5 min，并調(diào)節(jié)pH值。將攪拌好的殼聚糖溶液緩慢滴加到span-85溶液中，抽真空去水分。在轉(zhuǎn)速4 000 r/min下離心20 min。取出沉淀，用石油醚洗滌2次，最后進(jìn)行超聲振蕩。

1.3.2 納米殼聚糖負(fù)載TiO2抗菌劑的制備

取明膠0.45 g，配制1%的明膠溶液，加入0.02 g納米TiO2，攪拌使其分散均勻，緩慢加入殼聚糖溶液并攪拌均勻。將攪拌好的溶液緩慢加到span-85溶液中，抽真空至揮去水分。在轉(zhuǎn)速4 000 r/min下離心20 min。取出沉淀，用石油醚洗滌2次，最后進(jìn)行超聲振蕩。

1.4 檢測(cè)與表征

采用傅立葉紅外光譜儀對(duì)各樣品進(jìn)行紅外光譜(IR)表征，采用JSM-6700F型場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡和S-530型透射電子顯微鏡對(duì)樣品的表面形貌進(jìn)行觀察；采用抑菌環(huán)實(shí)驗(yàn)對(duì)樣品的抗菌性能進(jìn)行表征。

2 結(jié)果分析及討論

2.1 IR分析

圖1 負(fù)載TiO2前后的殼聚糖吸收光譜圖

2.2 掃描電鏡(SEM)和透射電鏡(TEM)分析

由圖2(a)看出，殼聚糖原樣呈現(xiàn)大片層狀，結(jié)構(gòu)致密，中間還夾雜著一些顆粒狀的雜質(zhì)；圖2(b)為采用本實(shí)驗(yàn)納米化方法得到的納米級(jí)殼聚糖，由圖2(b)看出，納米化后殼聚糖粒子大小均勻，粒徑為4 nm～5 nm，分散性好。

圖2 殼聚糖制備前后的微觀表征圖

2.3 抗菌實(shí)驗(yàn)分析

由圖3可看出，位于中央的殼聚糖的抑制細(xì)菌生長(zhǎng)的抑菌環(huán)很小，表明殼聚糖對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌抗菌能力差。而實(shí)驗(yàn)中制備的殼聚糖/TiO2抗菌劑所形成抑菌環(huán)的直徑最小為9 mm，最大的達(dá)到14 mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于所形成抑菌環(huán)的直徑≥7 mm的抗菌性能認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)。這說(shuō)明，殼聚糖/TiO2抗菌劑對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌具有很好的抗菌能力。

a-大腸桿菌；b-金黃色葡萄球菌

3 結(jié)論

本文通過(guò)殼聚糖負(fù)載納米TiO2制備復(fù)合抗菌劑，采用紅外、透射電鏡和抑菌環(huán)實(shí)驗(yàn)對(duì)抗菌材料進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，殼聚糖/TiO2抗菌劑材料具有良好的抗菌性能。

納米級(jí)殼聚糖粒子分散均勻，粒徑4 nm～5 nm；殼聚糖/TiO2復(fù)合抗菌劑中殼聚糖與納米TiO2未發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；復(fù)合抗菌劑對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌環(huán)實(shí)驗(yàn)也說(shuō)明殼聚糖與TiO2增強(qiáng)協(xié)同抗菌，解決了殼聚糖單獨(dú)使用時(shí)，抗菌能力較差的問(wèn)題。