载银纳米二氧化钛的制备及抗菌性能研究

刘 军，罗志龙，宋扬扬

（1. 陕西省石油化工研究设计院， 陕西 西安 710054； 2. 西安近代化学研究所， 陕西 西安 710065）

细菌、真菌、霉菌等病原体微生物的广泛存在和极易繁殖影响着人们的生活环境和身体健康。伴随着纳米技术和材料科学的快速发展，各类新型无机抗菌剂被逐渐研制开发并应用于涂料、陶瓷、医疗等领域。

一般地，无机抗菌剂可分为三大类：一、金属离子型抗菌剂，比较有代表性的有载银沸石。主要利用载体的多孔性质将银离子以离子交换或物理吸附的方式与载体结合[1]。二、氧化物光触媒型抗菌剂，依据纳米TiO2、纳米ZnO等在光激发下能够产生导带电子、价带空穴、超氧自由基、羟基自由基等，形成氧化还原体系，从而具有杀灭细菌的作用[2]。三、复合型抗菌剂。主要为金属离子与光催化复合型，其中载银纳米二氧化钛属新型复合抗菌剂，既利用了纳米 TiO2的光催化机理杀菌，又弥补了在暗光处抗菌能力的不足；既利用了银离子优异的广谱抗菌性能，又利用了纳米材料比表面积大实现了银的缓释[3]。由于其安全无毒、热稳定性好、广谱及持久的抗菌性能而在复合型抗菌剂中占有主导地位[4]。

本实验是以Ag+和Cl-直接反应生成AgCl沉淀，以碳酰二胺为沉淀剂与 TiOSO4溶液反应生成，沉积在AgCl晶种表面，再以沉淀未完全沉淀的Ti2+，这也形成了对关键组分的二次包裹。

1 实验部分

1.1 原料与仪器

碳酰二胺、硝酸银、磷酸氢二钠、氯化钠、无水乙醇、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）均为分析纯；硫酸氧钛为工业级；实验用水为蒸馏水。

A2型二级生物安全柜；恒温振荡培养箱；JEM-3010型透射电镜。

1.2 载银纳米二氧化钛的制备

准确称量一定量的 CO(NH2)2，用一定量蒸馏水溶解后加入带搅拌器的500 mL三口烧瓶中，加入微量分散剂PVP，再加入0.1 mol/L的NaCl溶液30 mL，开动搅拌器（300 r/min），缓慢滴加0.1 mol/L的AgNO3溶液28 mL。反应完后，分别加入一定量的TiOSO4溶液，控制加入速度，加料完后，将料液移入温度大于90 ℃的水浴中反应，反应一段时间后立即从水浴中取出并于冷水冷却至室温，缓慢滴加一定量已溶解的Na2HPO4对未沉淀的Ti2+离子进行二次沉淀，反应完全后，将溶液进行过滤，用蒸馏水洗涤滤饼后在真空干燥箱中60 ℃下干燥3 h，之后于马弗炉中700 ℃下煅烧2 h后得到粉体产品。

主要反应如下：

1.3 抗菌试验

依据《纳米无机材料抗菌性能检测方法》（GB/T 21510-2008），测试载银纳米二氧化钛对金黄色葡萄球菌（S.aureus）、大肠杆菌（E.coli）和白色念珠菌（C.albicans）的抗菌性能。

抗菌率R按式(1)计算:

式中: R—抗菌率，%；

A—对照样品与受试菌接触一定时间后平均回收菌数，单位为菌落形成单位每毫升数（cfu/mL）；

B—试验样品与受试菌接触一定时间后平均回收菌数，单位为菌落形成单位每毫升数（cfu/mL）。

试验步骤如下：

⑴制备菌悬液：取菌种第三代营养琼脂培养基斜面24 h新鲜培养物，用0.03 mol/L磷酸盐缓冲液稀释至约为105 cfu/mL，将菌悬液保存于4 ℃冰箱内且保存不应超过4 h。

⑵对照组样液制备：称取0.5 g纳米二氧化硅粉末于三角烧瓶中，加入95 mL含0.1%吐温-80的磷酸盐缓冲液混匀后再加入5.0 mL预制菌悬液。

⑶试验组样液制备：称取所制得的0.5 g载银纳米二氧化钛粉末于三角烧瓶中，加入95 mL含0.1%吐温-80的磷酸盐缓冲液混匀后再加入5.0 mL预制菌悬液。

⑷对照样本“0”接触时间活菌计数：吸取1.0 mL对照样液于灭菌平皿中，每样液平行接种2个平皿，倾注 45 ℃已溶解的营养琼脂培养基，待琼脂培养基凝固后翻转平板，将上述平板置于 37 ℃恒温培养箱中，做菌落计数。

⑸振荡接触培养：将含对照样本和试验样本的三角烧瓶固定于恒温振荡培养箱的摇床上，在 37℃下，以150 r/min速度接触振荡4 h。

⑹振荡接触后活菌计数：振荡后的对照样液和试验样液经适当稀释后，分别取1.0 mL的样液接种于灭菌平皿中，每样液平行接种2个平皿，倾注5℃已溶解的营养琼脂培养基，待琼脂培养基凝固后翻转平板，将上述平板置于 37 ℃恒温培养箱中，做菌落计数。

2 结果与讨论

2.1 载银纳米二氧化钛粉体抗菌性能测试

抗菌性能测试结果见表1。

表1 抗菌粉体浓度对抗菌率的影响Table 1 Effect of concentration of the antibacterial agent on germ killing efficiency

测试结果表明载银纳米二氧化钛对金黄色葡萄球菌（S.aureus）、大肠杆菌（E.coli）和白色念珠菌（C.albicans）达到 99%抗菌率的最小浓度分别是90、70、60 mg/L。

2.2 透射电镜形貌分析（TEM）

使用JEM-3010型透射电镜表征制得载银纳米二氧化钛粉体粒径及形貌。图1为载银纳米二氧化钛粉体的电子透射显微镜(TEM)照片，可见粒径分布范围100～200 nm，分散性良好，无明显团聚现象。

图1 纳载银米二氧化钛TEM照片Fig.1 TEM photograph of nano-Ag/TiO2

3 结 论

（1）以Ag+和Cl-直接反应生成AgCl沉淀，以碳酰二胺为沉淀剂与TiOSO4溶液反应生成Ti(OH)2，沉积在AgCl晶种表面。主要经水解、沉淀、过滤、洗涤、煅烧步骤制备纳米载银二氧化钛。经透射电镜（TEM）表征，其粒径主要分布于100～200 nm，分散性良好。

（2）依据《纳米无机材料抗菌性能检测方法》（GB/T 21510-2008）对所制备的纳米载银二氧化钛进行了抗菌性检测，测试结果表明载银纳米二氧化钛对金黄色葡萄球菌（S.aureus）、大肠杆菌（E.coli）和白色念珠菌（C.albicans）达到99%抗菌率的最小浓度分别是90、70 、60 mg/L。

［1］ 李蓓,赵铱民,杨聚才,等.比较纳米载银抗菌剂与纳米二氧化钛抗菌剂抗白色念珠菌性能的实验研究[J].临床口腔医学杂志,2008,24(2):70-72.

［2］ 姬平利,王金刚,朱晓丽,等.Ag掺杂型空心 TiO2纳米微球的制备与表征及其光催化性能[J].物理化学学报,2012,28(9):2155-2161.

［3］ 马登峰,彭兵,柴立元,等.载银纳米二氧化钛抗菌粉体的制备工艺研究[J].精细化工中间体,2006,36(1):63-66.

［4］ 陈娜丽, 冯辉霞, 王毅, 等. 纳米载银无机抗菌剂的研究进展[J].应用化工, 2009, 38(5):717-720.

［5］赵燕禹,李勇,商连弟,等.常压水解法制备纳米二氧化钛及表征[J].无机盐工业,2010,42(6):42-46.