TiO2納米粒子和納米管的生物學(xué)效應(yīng)及其在PP復(fù)合材料中抗菌作用的研究.pdf

1、納米TiO2的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，該材料在其生產(chǎn)和使用過(guò)程中不可避免的會(huì)與生物系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境接觸，由此將可能對(duì)人體及生物產(chǎn)生影響。本文系統(tǒng)研究并分析了TiO2納米粒子和納米管的體內(nèi)和體外生物毒性、對(duì)原核微生物的抗性和作用機(jī)理、以及納米TiO2光催化抗菌劑在抗菌復(fù)合材料中的抗菌性能及抗菌機(jī)理。主要研究工作包括下列內(nèi)容:
　　(1)采用水熱法制備了TiO2納米粒子和TiO2納米管，通過(guò)透射電鏡(TEM)、X射線衍射儀(XRD)、傅立葉

2、紅外光譜分析儀(FT-IR)和拉曼光譜儀(Raman)等方法對(duì)制得的粉體進(jìn)行了微結(jié)構(gòu)表征。結(jié)果表明，TiO2納米粒子的粒徑為100nm，TiO2納米管的管徑為10nm，管長(zhǎng)200nm左右，XRD顯示TiO2納米粒子為銳鈦礦型結(jié)構(gòu)，而TiO2納米管為銳鈦礦和金紅石的混合晶型，紅外光譜結(jié)果表明納米TiO2表面無(wú)其它修飾基團(tuán)。
　　(2)用氣管滴注法對(duì)小鼠分別進(jìn)行了TiO2納米粒子和納米管染毒，在不同的時(shí)間對(duì)小鼠肺泡灌洗液、血清酶學(xué)指標(biāo)

3、檢測(cè)和肺組織切片病理觀察，結(jié)果表明兩種材料均對(duì)肺臟組織產(chǎn)生損傷，但是從肺泡結(jié)構(gòu)的完整性以及組織變厚的程度看，在相同劑量下納米粒子組比納米管組的危害更嚴(yán)重，引起肺組織細(xì)胞膜的損傷和脂質(zhì)過(guò)氧化程度升高，肺部毛細(xì)血管的屏障作用未受到大的影響;這種染毒方式對(duì)小鼠肝臟、心肌組織、腎臟都產(chǎn)生不同程度的損傷。
　　(3)通過(guò)小鼠腹腔巨噬細(xì)胞分別與TiO2納米粒子和納米管直接接觸染毒，觀察不同時(shí)間巨噬細(xì)胞的形態(tài)，檢測(cè)細(xì)胞的存活率以及細(xì)胞上清液中M

4、DA，LDH，GSH的含量以評(píng)價(jià)TiO2納米粒子和納米管的體外細(xì)胞毒性。研究結(jié)果表明:TiO2納米粒子能被巨噬細(xì)胞吞噬，對(duì)巨噬細(xì)胞形態(tài)有明顯的影響，在不同染毒時(shí)間內(nèi)對(duì)巨噬細(xì)胞造成急性損傷作用程度不同，存在著濃度-效應(yīng)關(guān)系;TiO2納米管不能被巨噬細(xì)胞吞噬，對(duì)巨噬細(xì)胞形態(tài)影響并不明顯;TiO2納米粒子和TiO2納米管接觸培養(yǎng)的細(xì)胞上清液中MDA，LDH，GSH的變化均隨染毒時(shí)間和濃度而改變，可見(jiàn)TiO2納米粒子和TiO2納米管均導(dǎo)致了細(xì)胞

5、氧化應(yīng)激并因此產(chǎn)生毒性損傷。
　　(4)考察TiO2納米粒子和納米管在無(wú)光照條件下的抗菌性能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在相同劑量、相同的接觸時(shí)間，對(duì)大腸桿菌（Escherichia coli）和金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）TiO2納米粒子比納米管具有更好的抗菌性能。因此，采用溶膠凝膠法制各了平均粒徑為30nm氮摻雜TiO2納米粒子。比較了未摻雜二氧化鈦納米粒子和氮摻雜二氧化鈦納米粒子在黑暗條件和可見(jiàn)光照射條件下分別

6、對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn):大腸桿菌和金黃色葡萄球菌分別與二氧化鈦納米粒子接觸培養(yǎng)2小時(shí)后，其在黑暗條件下的存活率均高于其在光照條件下的存活率，但未摻雜二氧化鈦納米粒子的存活率下降值遠(yuǎn)小于氮摻雜二氧化鈦納米粒子的存活率下降值，說(shuō)明可見(jiàn)光照射對(duì)氮摻雜納米二氧化鈦的殺菌率有明顯增強(qiáng)作用。
　　(5)將制得的氮摻雜的二氧化鈦納米粒子作為抗菌劑，加入PP復(fù)合材料中，采用熔融共混法制得TiO2納米粒子不同含量的PP復(fù)合材料，

7、對(duì)所制備的不同含量TiO2納米粒子的PP復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能以及抗菌性能進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果表明:當(dāng)TiO2含量為2wt.％時(shí)，納米TiO2/PP復(fù)合材料的綜合力學(xué)性能最好;納米TiO2/PP復(fù)合材料的沖擊斷口形貌為脆性斷口，納米TiO2添加到PP中可提高復(fù)合材料的力學(xué)性能;抗菌性能測(cè)試發(fā)現(xiàn)，與純PP材料相比，納米TiO2/PP復(fù)合料在光照條件下的抗菌性能明顯優(yōu)于純PP材料。
　　本文的上述研究結(jié)果進(jìn)一步揭示了納米TiO2材料的