锌掺杂氧化铜纳米颗粒及其复合材料的制备与其抗菌、愈伤性能和机理研究

发布时间：2018-04-04 22:07

本文选题：Zn-CuO　切入点：多刺结构　出处：《江苏大学》2017年硕士论文

【摘要】：β-内酰胺等抗生素是临床上抑制手术或者外源细菌性感染的常用药物,然而其滥用导致的细菌抗药性大幅增强逐步暴露出了传统抗生素治疗的弊端。与抗生素类抗菌有机药物相比,纳米无机抗菌材料因为制备简便、价格低廉和性能稳定等优势受到了专家学者的青睐。通过纳米合成技术的优化,具有特殊性能的纳米无机抗菌材料可以进一步设计制备复合材料,以适用于设备抗菌、抗菌敷料等多个领域,且在发挥抗菌作用的同时能有效避免耐药菌株的产生。铜和锌元素是人体必需的微量元素,利用他们设计和制备新型抗菌材料,不仅可以取代价格昂贵的抗菌性银纳米粒子,而且可直接作为医用敷料添加剂避免创口感染,有效促进创口的愈合进程。本工作利用绿色超声化学辅助制备了锌掺杂氧化铜(Zn-CuO)纳米抗菌颗粒,并将其负载于氧化石墨烯(GO)纳米片构建了新型Zn-CuO@GO复合抗菌材料,系统研究了两种材料的抗菌行为与机制;通过Zn-CuO@GO稳定的Pickering高内相乳液模板制备了可剥离型多孔抗菌生物泡沫敷料,详细研究了抗菌泡沫的加速创面伤口愈合性能。主要研究内容如下:(1)多刺Zn-CuO纳米颗粒的可控制备和抗菌行为与机理研究通过绿色超声化学过程制备了多刺的锌掺杂氧化铜(Zn-Cu O)纳米颗粒,并通过调控超声频率、反应时间和原料剂量比,通过产物形貌的变化阐述了纳米颗粒的形成机理。利用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、激光共聚焦显微镜(LCSM)等对产物多刺Zn-CuO的理化性质进行了表征,结合传统的平板涂布法、生长曲线法和抑菌圈法对多刺Zn-CuO的抗菌性能进行了分析和验证。结果表明,多刺Zn-CuO纳米颗粒表现出极强的抗菌活性,黑暗条件下10分钟内可杀死99.0%的细菌,并在营养肉汤培养基中显著阻碍细菌生长。抗菌机理分析表明,多刺Zn-CuO纳米颗粒可对细菌产生物理损伤,即通过细菌膜上的纳米穿刺作用加速其细胞质泄漏,从而导致细菌死亡。为了进一步验证纳米结构对细菌膜损伤和细菌灭杀的影响,制备出了具有两个尖端的Zn-CuO纳米棒实施抗菌作用的对比研究。研究发现,多维纳米结构的多刺状Zn-CuO与一维结构的棒状Zn-CuO有着不同的抗菌行为,前者表现出了更优异的抗菌活性。构效作用结果充分证明了纳米结构对Zn-CuO抗菌活性的重要性,也为无机纳米粒子物理灭杀细菌提供了新的途径。(2)多刺Zn-CuO@氧化石墨烯(Zn-CuO@GO)复合材料的制备及其抗菌行为与机理研究为了进一步提高多刺Zn-CuO抗菌颗粒的结构刚性和延展性,利用绿色超声化学过程将多刺Zn-CuO负载在氧化石墨烯(GO)纳米片上,成功构建了Zn-CuO@GO复合抗菌材料。结合多种表征手段和分析,探讨了Zn-CuO的负载机理、效率以及不同实验参数的影响;运用细菌计数和平板涂布等方法测试了Zn-CuO@GO复合材料的抗菌活性,利用激光共聚焦和TEM进一步验证了抗菌机理。结果表明,制备的Zn-CuO@GO具有的显著的抗菌活性;由于多刺Zn-CuO和GO的组合抗菌能力,Zn-CuO@GO可以加速细菌“裂解”,在与细菌接触10分钟内实现细菌的完全灭杀。在透射电子显微镜和扫描电子显微镜的共同辅助下,推测了Zn-CuO@GO增强的抗菌机理,即:通过物理吸附、纳米穿刺和包裹的协同作用,Zn-CuO@GO可穿透并包裹到细菌膜上以破坏细菌完整性,同时诱导细胞质渗漏,从而剥夺细菌与外界氧气和营养物质的交换,最终导致细菌破裂和死亡。(3)Zn-CuO@GO稳定的Pickering高内相乳液模板构建可剥离型多孔抗菌生物泡沫敷料及其愈伤性能的研究将制备获得的Zn-CuO@GO作为稳定离子、少量细胞培养级Tween 80作为辅助乳化剂,构建了Pickering高内相乳液(HIPEs)模板。通过引发外相中多糖骨架单体(乙烯基修饰硫酸软骨素)和功能单体(4-乙烯基苯硼酸)的聚合,成功制备了可剥离型多孔抗菌生物泡沫医用敷料。利用红外光谱(FT-IR)、拉曼光谱、SEM和激光共聚焦等表征测试手段分析了多孔抗菌生物泡沫医用敷料的化学组成和形貌结构等理化性质,探讨了Zn-CuO@GO作为乳液模板的稳定粒子对多孔抗菌生物泡沫敷料结构稳定性、刚性和延展性的影响;结合抗菌、愈伤和HE病理学染色实验研究了多孔抗菌生物泡沫敷料加速伤口愈合的效果。结果表明,多孔抗菌生物泡沫通过可逆的多价苯硼酸/顺式二醇相互作用能有效粘附创口,并在葡萄糖溶液作用下实现无痛剥离,并且显著加速创口愈合。
[Abstract]:Zinc - doped copper oxide ( Zn - CuO ) nanoparticles were prepared by means of green ultrasonic chemical process .

【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB34

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