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载银壳聚糖的特点及其对薄木抗菌处理的研究

来源:学术堂 作者:周老师
发布于:2014-12-19 共4671字
论文摘要

  1 引言。

  近年来,越来越多的家庭和公共场所选用木材作为室内装饰材料。室内装饰用薄木花纹自然,视觉与触觉特性优良,不仅美化了居住环境,还具有调湿、调温、隔音等功能。但是,也存在容易滋生有害细菌,严重危害人类健康的问题。随着公众对自身居住、工作环境卫生要求的提高,安全环保、广谱高效型薄木用抗菌剂的研发与应用具有重大意义。

  在现有的抗菌剂中,Ag+抗菌剂抗菌效果显着但由于光照或长期放置易变黑,超过一定浓度易引起中毒,成本高而大大限制了其应用范围[1].壳聚糖(以下简称CTS)作为天然生物抗菌剂的典型代表,耐热性较差,有效时间不长[2],但具有优越的生物可降解性、生物相容性[3-5]、成膜性[6],安全无毒且具有螯合及吸附性[7-8],有望提高银系抗菌剂的耐光性,降低其成本。

  因此,本文选择以CTS为载体制备载银壳聚糖(以下简称CTS-Ag)用于处理室内装饰用桦木薄木,希望通过对CTS-Ag形貌、结构及CTS-Ag抗菌薄木性能的分析与研究,为安全、环保、广谱、高效、耐久的新型木材用抗菌剂的合成和应用提供新的途径和理论依据。

  2 实验。

  2.1实验材料。

  壳聚糖(脱乙酰度为90%,国药集团化学试剂有限公司);硝酸银(分析纯,国药集团化学试剂有限公司);桦木(Betula)薄木(含水率8%,浙江万江木业有限公司);ATCC25922大肠杆菌(E.coli)菌种(由中国科学院理化技术研究所提供)。

  2.2载银壳聚糖的制备。

  称取2.0g CTS加入到200 mL,0.1 mol/L的AgNO3水溶液中,用1mol/L稀HNO3调节溶液pH值为4,振荡使之溶解。用铝箔纸避光密封,在50 ℃水浴中搅拌2h,制得反应液。将反应液过滤,滤饼用蒸馏水淋洗多次。以0.1mol/L的HCl检测滤液无白色沉淀出现,表明溶液中无Ag+存在,再将滤饼用无水乙醇洗涤3次,40 ℃下真空干燥,得到棕褐色粉末。将产物装入棕色瓶,置于干燥器内避光保存。

  2.3载银壳聚糖微观结构的检测CTS-Ag的 微 观 形 貌 用 日 本Hitachi公 司S-3400N型扫描电子显微镜观察。

  FT-IR光谱由德国Bruker公司VERTEX70V型傅立叶-红外(FT-IR)光谱仪分析测定。

  CTS-Ag的结晶结构采用德国Bruker公司D8Advance型广角X射线衍射仪扫描分析,扫描范围为2θ=5~80°,扫描速度为2°/min,步长为0.02°。

  CTS-Ag的 元 素 分 析 用 德 国Elementar公 司Vario EL Ⅲ型元素分析仪测定CTS-Ag中C、N、H的含量,采用电位滴定法测定CTS-Ag中Ag的含量。

  2.4载银壳聚糖对薄木抗菌处理的研究。

  2.4.1抗菌薄木的制备。

  将事先锯截为50mm×50mm的桦木薄木称重后,每3片一组放入烧杯中。准确称量CTS、AgNO3、CTS-Ag复合抗菌剂各2g放入锥形瓶中,分别加入蒸馏水配制成质量比为1%的3种溶液。加入1mol/L稀硝酸调节溶液pH值=2,充分振荡溶解后用玻璃棒引流倒入上述烧杯中。常温常压浸渍24h后取出薄木,擦掉表面流动水分,自然风干。称重后将样品分别放入自封袋中备用,对应标号1,2,3.每种样品各6片,用于抗菌性能检测和色差分析。

  2.4.2抗菌薄木抗菌性能的检测。

  按照日本工业标准JISZ2801:2010“抗菌加工制品---抗菌性能试验方法之抗菌效果”[9]进行检验实验,采用活菌计数法定量测试样品的抗菌作用,实验结果用抗菌活性值及抗菌率来表示。试验接种细菌为大肠杆菌(Escherichia coli),检测样品为上述抗菌薄木,对照样品为同等尺寸桦木素材,每种样品做3个平行。

  2.4.3抗菌剂对薄木颜色影响的研究。

  针对抗菌剂对薄木颜色影响的研究,本文以色差作为衡量的指标。以桦木薄木素材为对照样,用Data-color 110分光光度仪测量表面含水率为8%的桦木薄木素材和抗菌薄木表面的颜色。测试条件为D65标准光源,相关色温为6 504K,照明和观测几何条件为o/d(垂直入射/漫反射),10°大视野,测量范围为直径20mm.

  采用CIE L*a*b*(1976)表色系统表色。每种样品测3个试样,每个试样进行6点测定,然后求平均值,以平均值进行分析比较。各色度学指标依据CIEL*a*b*(1976)表色系统的式(1)进行计算,单位为NBS.

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  式中,ΔE为色差值;L为亮度;a为红绿对立维度;b为黄蓝对立维度。

  3 结果与讨论。

  3.1载银壳聚糖的微观形貌分析。

  图1(a)和(b)分别为CTS和CTS-Ag的SEM形貌照片,放大倍数均为4 200倍。图1(c)为CTS-Ag的局部放大图,放大倍数为10 000倍。从图1(a)可以看出,未载银的CTS颗粒结构紧密,表面平整;载银后的CTS表面较粗糙,有大量颗粒状物质散布在其表面,如图1(b)-(c)所示。由此可推断Ag已经被负载到CTS上。

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  3.2载银壳聚糖的红外光谱分析。

  CTS和CTS-Ag的红外光谱图见图2.

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  由于CTS-Ag复合物的主要骨架成分为CTS,所以两样品的红外谱图基本一致。

  CTS中(N-H)和分子间氢键(O-H)的伸缩振动偶合形成一宽峰,吸收峰在3 355cm-1处。与Ag+结合后,在CTS-Ag的谱图中向低频方向移动到3 271cm-1处,且峰形略有变化,说明CTS上 的-NH2或-OH可 能 参 与 了 配 位。

  CTS中(N-H)1 600cm-1处的变形振动吸收峰和CTS(C-N)1 350cm-1处的伸缩振动峰在CTS-Ag对应的红外谱图上分别位于1 589和1 293cm-1处向低频位移且峰形略有变化。同时,CTS中伯羟基和仲羟基 (C-O)伸 缩 振 动 吸 收 峰 分 别 位 于1 050和1 100cm-1处,而CTS-Ag中对应的吸收峰分别位于1050和1 100cm-1处,没有变化。因此可以得出CTS上的-NH2参与了配位。

  3.3载银壳聚糖的X射线衍射分析。

  CTS和CTS-Ag的XRD衍射图谱见图3.

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  CTS分别在2θ=10.95,20.05°处有明显衍射峰。与CTS相比,CTS-Ag在10.95,20.05°左右的衍射峰相对强度明显减弱。通过测试结晶区与非结晶区面积,计算得出CTS结晶度为47.5%;CTS-Ag结晶度减少到16.3%,无定形面积相对增加。这是由于CTS分子中-NH2与Ag+配位后,破坏了其分子链内或链间较强的氢键作用,减弱了分子链空间立体结构的规整性,使分子内结晶区减少,从而导致结晶度下降[10].

  3.4载银壳聚糖的元素分析。

  采用电位滴定法测定CTS-Ag中Ag的含量为20.0%,间接证明了Ag+与CTS发生了配位反应。对CTS及CTS-Ag做元素分析,结果如表1所示,CTS-Ag中C、N、H的 含 量 分 别 为27.40%,5.32%和4.08%,由此计算C、N、H、Ag的原子个数比为12.33∶2.04∶22.01∶1,即相当于2个CTS与1个Ag+配位,配位比为1∶2.

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  3.5抗菌薄木的抗菌性能分析。

  表2给出了CTS、Ag+、CTS-Ag抗菌薄木分别对大肠杆菌(Escherichia coli)的抑菌效果。

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  3种抗菌薄木抗菌性呈现CTS<Ag+<CTS-Ag.

  相较之单一种类的CTS或Ag+抗菌剂,CTS-Ag抑菌效果更为显着。原因在于CTS-Ag复合抗菌剂抗菌过程中CTS和Ag+发挥了协同抗菌作用。其协同作用表现为CTS-Ag中溶出的Ag+能穿透细胞壁进入细菌体内,并与细菌中的巯基(-SH)反应,使蛋白质凝固,破坏细胞合成酶的活性,从而使细胞丧失分裂增殖能力而死亡[11-12];CTS上未 反应的-NH2质子化生成-NH+3,能够吸附细菌细胞膜带负电荷的分子基团,阻碍微生物的活动,同时形成一层高分子膜,干扰其呼吸作用,阻止营养物质向微生物细胞内的输送,从而起到抑菌杀菌作用[13-16];CTS-Ag具有独特的网状结构,结构疏松,表面粗糙,当与细菌接触时,更易堆积在细菌细胞表面而造成细胞代谢减弱,从而抑制细菌繁殖。

  3.6抗菌剂对薄木颜色影响的结果分析。

  表3给出了CTS抗菌薄木、Ag+抗菌薄木、CTS-Ag抗菌薄木的L*a*b*值及其相对于桦木素材的色差值。色差值越小,表明抗菌剂的加入对薄木颜色影响越小;反之,对薄木颜色影响越大。由表3可以明显看出,3种抗菌剂的加入对桦木素材颜色影响的程度为CTS-Ag<CTS<Ag+.其中,由于CTS本身呈淡黄色,对b值影响较大;Ag+光照易变色,对L及a值影响显着;CTS-Ag抗菌薄木与桦木素材的色差值为9.043,明显小于CTS或Ag+抗菌薄木,用CTS-Ag复合抗菌剂处理室内装饰薄木对薄木本身颜色影响较小。

论文摘要

  4结论。

  (1) 以CTS和AgNO3水溶液为原材料,在酸性条件下,采用避光加热法制得CTS-Ag,CTS分子中的-NH2与Ag+发生配位反应,反应配位比为2∶1.

  (2)Ag+与CTS结合,破坏了其分子链较强的氢键作用,使得结晶度下降。

  (3)CTS-Ag复合抗菌剂的抗菌性能优于单一组分的CTS与Ag+抗菌剂,抗菌性能显着。

  (4)CTS-Ag复合抗菌剂明显改善了Ag+抗菌剂光照易变色性,对处理材本身颜色的影响较小。

  综上所述,CTS-Ag复合抗菌剂通过CTS对Ag+的稳定配位作用,改善了Ag+抗菌剂光照易变色性,降低了其生产成本,达到两种抗菌剂性能优势的互补。CTS-Ag复合抗菌剂正适应了抗菌剂安全、环保、广谱、高效、耐久的开发趋势,它的研发和应用对减少疾病、保护人类健康具有十分重要的意义,符合时代发展的要求。

  参考文献:

  [1]Sheng Guangyu.Review of new inorganie antibacterial a-gents[J].Guizhou Chemical Industry,2003,28(4):5-7.
  [2]Tang Yanjun,Liu Xiaofeng,Xia Jun,et al.Preparationof TiO2/chitosan nanocomposited coatings and its applica-tion in antibacterial coated paper[J].Journal of Function-al Materials,2012,43(17):2416-2420.
  [3]Kumar M N V,Muzzarelli R A A,Muzzarelli C,et al.Chitosan chemistry and pharmaceutical perspectives[J].Chemical Reviews,2004,10(4):6017-6084.
  [4]Muzzarelli R,Baldassarre V,Conti F,et al.Biologicalactivity of chitosan:ultrastructuralstudy[J].Biomateri-als,1988,9(3):247-252.
  [5]Denuziere A,Ferrier D,Damour O,et al.Chitosan-chondroitin sulfate and chitosan-hyaluronate polyelectro-lyte complexes:biological properties[J].Biomaterials,1998,19(14):1275-1285.
  [6]Xu Yong,Hong Hua,Qian Ying,et al.Preparation andcharacteration of biomedical chitosan films[J].Journal ofFunctional Polymers,2004,17(1):55-60.
  [7]Xiao Zhenyu,Yuan Xubo,Sheng Jing.Modification ofchitin and chitosan[J].Guangzhou Chemistry,2002,27(2):60-64.
  [8]Fu Min,Chen Mei,Jin Xinrong.Research on chitosan ad-sorption of Fe2+[J].Chemical World,1998,39(2):79-82.
  [9]JIS Z 2801-2010,Antimicrobial products-test for antimi-crobial activity and efficiency[S].Japan:Japanese Stand-ards Association,2010.
  [10]Yuan Yanchao,Zhang Mingqiu,Rong Minzhi.Study onthe adsorption behavior of crosslinked chitosan for Ni(Ⅱ)[J].Acta Chimica Sinica,2005,63(18):1753-1758.
  [11]Rungby J,Ellermann E S.Effects of selenium on toxici-ty and ultrastructural localization of silver in culturedmacrophags[J].Archives of xicology,1987,61(1):40-45.
  [12]Meng Na,Zhou Ning,Liu Ying,et al.Synthesis andproperties of CMC-Ag/MMT antimicrobial nanocompos-ities[J].Journal of Functional Materials,2007,38(6):958-960.
  [13]Choi B K,Kim K Y.In Vitro antimicrobial activity of achitooligosaccharide mixture against actinobacillus acti-nomycetemcomitans and streptococcus mutans[J].Inter-national Journal of Antimicrobial Agents,2001,18(6):553-557.
  [14]Hu S G,Jou C H.Protein adsorption,fibroblast activi-ty and antibacterial properties of poly(3-hydroxybutyricacid-co-3-hydroxyvaleric acid)grafted with chitosan andchitooligosaccharide after immobilized with hyaluronicacid[J].Biomaterials,2003,24(16):2685-2693.
  [15]Shi Z L,Neoh K G.Antibacterial and mechanical prop-erties of bone cement impregnated with chitosan nano-particles[J].Biomaterials,2006,27(11):2440-2449.
  [16]Gao Minjie,Wang Zhiqing,Sun Lei,et al.Preparationand antibacterial properties of chitosan modified silvernanoparticles[J].Journal of Functional Materials,2012,43(8):1038-1041.

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