纳米银的抑菌研究

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1、本科毕业论文第15页共15页1引言1.1g-C3N4的结构特征1996年，Teter和Hemley对C3N4重新进行了计算，推测C3N4可能具有5种结构，即α相、β相、立方相、准立方相和类石墨相[1]。在室温条件下，类石墨结构氮化碳最稳定。类石墨氮化碳g-C3N4，顾名思义，具有与石墨相似的层状结构，层间含有C3N3环或C6N7环，环与环之间通过末端的N原子相连而形成一层无限扩展的平面，如图1。三嗪和3-s-三嗪是构成g-C3N4同素异形体的两种结构单元，由于两种结构中的氮孔的大小不同，使氮原子所处

2、的电子环境不同，从而两者的稳定性也不同[2]。Kroke等[3]通过密度泛函理论(DET)计算认为，基于3-s-三嗪结构的g-C3N4更稳定。图1g-C3N4同素异形体的连接形式：(a)C3N3环，(b)C6N7环[4]1.2g-C3N4的应用1.2.1铺膜材料薄膜材料是相对于块体材料而言的，它具备一些块体材料所不具备的性能，比如说薄膜材料比较容易形成细晶、非晶状态，具有特殊的材料表面能态等。此外，相对于块体材料来说，薄膜材料比较节省药品更加降低成本。由于g-C3N4本科毕业论文第15页共15页的结

3、构类似于石墨的层状结构，所以延展性比较好，易于铺膜，但其本身的抗菌性极其微弱，所以用壳聚糖或者纳米银对其进行改性，使其在具有铺膜性能的基础上具备抑菌的本领。1.2.2生物方面的功能由于其抗腐蚀、抗氧化的特性，所以将其用于医学领域，比如涂在人造牙齿的表面，可以使人造牙齿耐酸耐碱，延长人造牙齿的使用时间。氮化碳薄膜拥有较高的硬度，较低的摩擦系数和表面粗糙度，耐腐蚀性能以及良好的血液相容性[14]等，所以可以涂在医用生物材料上，以增强材料的力学性能。1.2.3其他功能g-C3N4是一种性能优良的半导体材料

4、，在力学、光学等领域都具有广阔的应用前景。它的半导体光学特性，使其可以作为可见光响应的催化剂应用于光催化反应中[2]。也可以通过掺杂多种金属离子或者与氧化物复合制备新型的光催化剂，例如将其应用于光解水制氢，可以提高该过程的效率。此外由于其耐高温，耐摩擦的性能，制成膜以后，涂覆在机器和其他器件上，可以起到防护的作用。1.3纳米银的特性纳米材料是指材料的三维结构中至少有一维处于纳米(1~100nm)尺度范围构成的材料，具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应，在光、电、磁、热力学和化学反应等方面都表现出不

5、同于普通材料的性能，是一种重要的功能材料[16]。纳米银具有纳米材料和单质银的双重特性，具有很高的表面活性和氧化性，在光学和抗菌等方面都具有广阔的应用前景。纳米银粒子由于具有表面增强拉曼散射(SERS)、表面荧光增强效应[17,18]等独特的光学性能。Miljanic等[19]制备了银/水凝胶复合材料，并通过增强拉曼散射发现了二-（S-苯丙氨酸）乙二酰胺凝胶分子和包覆在其中的纳米银分子间具有微弱的相互作用。在抗菌领域，纳米银作为无机抗菌材料[9-10]，由于其原子排列表现为介于固体和分子之间的“介态

6、”，表现出量子效应、小尺寸效应和极大的比表面积，具有其他载银无机抗菌材料无法比拟的抗菌活性，可以有效地杀灭细菌、真菌、支原体等致病微生物[11-13]。由于它的抗菌性，可以将纳米银制成某种材料，从而用于水体消毒，这样可以解决当前饮用水短缺的现状[15]。1.4存在的问题及展望本科毕业论文第15页共15页本课题介绍了通过三聚氰胺自身缩聚来合成g-C3N4，并进一步对壳聚糖或者纳米银，或者两者复合后对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、霉菌的抑菌效果进行了研究。由于薄膜材料的发展以及其日渐明显的优势，又因为壳聚糖

7、和纳米银本身的铺膜效果差，所以采用类石墨氮化碳进行铺膜，然后将壳聚糖或纳米银涂在薄膜上对其进行改性，从而使此薄膜具有良好的抑菌性能。1.5课题研究的意义及解决的问题纳米银作为无机抗菌材料，具有其他载银无机抗菌材料无法比拟的抗菌活性，可以有效地杀灭细菌、真菌、支原体等致病微生物，通过纳米银对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、黑曲霉的抑菌效果进行研究，发现高浓度的纳米银对大肠杆菌的抑制效果明显好于金黄色葡萄球菌和黑曲霉。由于类石墨氮化碳材料不具有抗菌活性，其应用受到了极大的限制。将高抗菌性的纳米银与其复合，可赋

8、予氮化碳材料优良的抑菌性能，从而拓宽其应用领域。据此，本课题通过热解有机物前驱体三聚氰胺，利用其自身的缩聚过程来制备类石墨结构氮化碳(g-C3N4)聚合物；并利用超声分散技术将纳米银与g-C3N4复合，制备g-C3N4/Ag复合物。实验研究过程的关键技术是纳米银在g-C3N4膜中的均匀分散。2实验部分2.1实验试剂表1实验药品及材料实验药品规格生产厂家三聚氰胺分析纯国药集团化学试剂有限公司硝酸银分析纯天津市天感化工技术开发有限公司聚乙烯吡咯烷酮K30分析纯天津市博迪化