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纳米材料/工业陶瓷 |
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纳米ZnO抗菌性能的研究 |
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作者：山东农业大学 王春阳 金珑 |
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摘要：因为经紫外线照射的纳米ZnO具有强大的氧化能力并能降解多种有机化合物，逐渐在渔业生产、疾病治疗及医疗器械中得到研究及应用。本文采取定性法、试管法及抑菌圈法研究阳光照射、荧光照射及无光照条件对纳米ZnO抗菌性能的影响，并对结果进行比较分析。结果表明：纳米ZnO的抗菌性能随含量增加而增加，同时表明阳光照射能加强其抗菌性能。
关键词：纳米ZnO；抗菌性能；实验
纳米材料因其颗粒尺寸的细微化而具有独特性质及新的规律，如量子尺寸、表面效应和局域场效应、耦合效应等特性使其成为许多研究领域的研究热点［1］。纳米ZnO以其表面积大，表面活性高，且具有较高的热稳定性、化学稳定性以及优良的光学、力学和电学特性，使其在量子器件、特种精细陶瓷、太阳能利用、环保催化剂、医药、化妆品等方面有着广泛的研究和应用前景。因为经紫外线照射的纳米ZnO具有强大的氧化能力并能降解多种化合物，逐渐在渔业生产、疾病治疗及医疗器械中得到研究及应用［3-5］。本文采用不同的实验方法检测在不同实验条件下纳米ZnO的抗菌性能，并对最终结果进行比较和分析，以期对其抗菌性能做一定量定性分析。
1材料与方法
1.1实验材料
纳米ZnO粉末及清洁剂成品，由青岛科技大学材料与环境科学学院纳米研究所提供。实验所用菌种为普通的白色枯草杆菌菌种。
1.2定性实验
(1)取灭过菌的装有5ml的液体培养基试管，对白色枯草芽孢杆菌进行接种。然后置于恒温37℃的培养箱中培养6h。
(2)在显微镜下用血球计数板计数。然后用无菌水做倍比稀释，使细菌浓度为105个菌/ml。
(3)把5个不同浓度的样品(分别是含纳米ZnO抗菌剂0％、0．5％、1％、2％、5％的清洁剂，下同)以及一个无清洁剂的空白对照样放在培养皿中，然后将(2)得到的菌液滴到固体样上。
(4)将(3)的实验样品放在50cm高，30W的荧光灯下直接照射4h。另外再作日光照射4h，无光照射4h二个实验对照组。
(5)用沾有无菌生理盐水的棉棒在(4)培养的样品上擦拭，然后再分别均匀涂到培养基平皿上。置37℃,恒温培养箱中培养24h，观察结果并记录。
1．3试管法
(1)取5个盛有液体培养基2ml的无菌试管分别加入不同浓度的样品(同上)，另取一支做空白对照。
(2)用培养6h的白色枯草杆菌菌液0．1ml，分别加入以上6支试管中。
(3)将(2)6支试管放在50cm高，30W荧光灯下，垂直照射6h。另外再作日光照射 4h，无光照射4h二个实验对照组。
(4)在每支已照射的试管中吸取0．1ml放入9cm无菌平皿中，用涂布棒涂均匀，放入37℃恒温培养箱中24h培养，观察结果并纪录。
1．4抑菌圈法
(1)将倒好固体培养基并凝固的培养皿中加入培养了6h的菌液0．1ml，涂匀。
(2)用打孔器打孔(直径6mm)，孔内加入不同浓度的样品(同上)以及无清洁剂的空白对照样。
(3)将培养基在50cm高，30W荧光灯下，垂直照射6h后放入恒温37℃培养箱培养24h。另外再作日光照射4h，无光照射4h二个实验对照组。
2结果与分析
2．1纳米ZnO抗菌定性实验结果与分析
由表1可看出在阳光照射条件下，纳米ZnO的抗菌效果最好，且0．5％和1％两种浓度下明显高于荧光照和无光照。从表中可以看到随着纳米ZnO浓度的增大，菌落数越来越少，为了能直接的看出纳米ZnO对细菌的抗菌性，笔者引用了杀菌率［6］的概念。表1纳米ZnO抗菌定性实验结果(cfu／皿)
 杀菌率＝(实验前的活菌数-实验后的活菌数)／实验前的活菌数×100％
依据公式和表1可计算出不同浓度ZnO的杀菌率，见图1。由图可看出每条曲线都是以上升趋势出现，且坡度逐渐变缓，斜率越来越小。即纳米ZnO抗菌效果在浓度为0～5％范围时逐渐升高，到达浓度2％时抗菌率已接近100％。即使浓度再大于2％抗菌率依然是接近或达到100％。从最小浓度0．5％看起，纳米ZnO已经有了相当好的抗菌性，所以从0．5％～5％的浓度时杀菌率上升坡度较小。
图1三种条件下纳米ZnO杀菌率与ZnO浓度关系的对照
2．2纳米ZnO抗菌试管法结果与分析表2纳米ZnO抗菌试管法实验结果(cfu／皿)
 从表2中可看出，纳米ZnO试管法抗菌实验效果较好，在直径为9cm的培养皿中，随着纳米ZnO浓度的增大，菌落数逐渐减少。浓度到2％时达到抗菌要求。不含纳米ZnO的清洁剂对照也有抗菌作用，但作用较弱。而且结果也显示阳光照射下抗菌作用最强。
2．3纳米ZnO抗菌抑菌圈法结果与分析
细菌在培养皿中，能够迅速生长，但由于材料具有抗菌能力，细菌在样品的周围很难生长，因此在材料的周围会出现一个明显的细菌禁止圈，即抑菌圈。样品的抗菌性能由抑菌圈的大小来评价，抑菌圈的直径越大，表明该材料的抗菌效果越好；反之，则表明该材料的抗菌效果越差。由表3可看出抑菌圈的直径随着纳米ZnO的浓度的增大而增大。表3纳米ZnO抗菌抑菌圈法实验结果(mm／皿)
 2．4结论
(1)三种方法均表明纳米ZnO有较强的抗菌性能，且浓度越高其抗菌性越强；阳光照射下有利于提高其抗菌性能。纳米ZnO浓度达2％时，抗菌率已接近100％，这为纳米ZnO在实际应用中的添加量给出了一个参考值。
(2)抑菌圈法较为简便直观既可定性又可定量，但结果不如前两者明显。
(3)每种方法均有其优点和缺点，可以综合应用以期得到可靠的结果。
3讨论
3.1纳米ZnO抗菌作用机理的探讨
ZnO作为传统的无机抗菌材料之一，与细菌接触时，锌离子缓慢释放出来，由于锌离子具氧化还原性，并能与有机物(硫代基、羧基、羟基)反应，可以与细菌细胞膜及膜蛋白结合，破坏其结构，进入细胞后破坏电子传递系统的酶结合并与DNA反应，达到抗菌的目的。同时其抗菌能力与其表面的空穴数量有关，当其表面具有尽可能多的空穴时，就会产生更多的电子，同时空位也可直接参与反应，从而使其具有更高的杀菌性能。
纳米ZnO粉体除具有传统ZnO的抗菌作用外，由于粒子粒径达到纳米级，具有纳米粒子特有的表面界面效应，表面原子数量大大多于传统粒子，可增加ZnO与细菌的亲和力，提高抗菌效率。而在紫外光照射条件下，其抗菌性能增强，可能是因为ZnO的禁带宽度为3．2eV［7］，在紫外光照射下，价带中的电子会激发到导带，形成自由移动的带负电的电子(e-) 和带正电的空穴(h+)，可以激活水和空气中的氧为活性氧，活性氧具有强化学性，能与细菌中的有机物发生氧化还原反应而杀死细菌。同时，粒径越小，纳米ZnO的抗菌性能越强。
3.2纳米ZnO的研究前景
现在人们的物质生活水平日渐提高，对健康的要求越来越高，物美价廉又有强抗菌性的材质将会得到进一步广泛而深入的研究。纳米ZnO是一种光催化剂，阳光照射、荧光照射、剂量增加都有利于提高其抗菌性能。其热稳定性好、对人体及动 物体无副作用，在医疗产品及其它有抗菌要求的产品中有良好的生产及应用前景。有报导称纳米Ti02能够降解细菌体内毒素［8］，在医用产品中有很大的应用前景，但纳米ZnO是否有此功用，还需进一步研究。
参考文献
〔1〕Haro Poniatowski E，RodirguezTalavera R，etal．CrystallizationOf NanosizedtamcParticles Preparedbythesol-gel process〔J〕．Mater.res，1994,9(8)：2102-2107
〔2〕徐瑛，苏汉桥，彭善堂等．ZnO超细粉的制备及其抗菌性能研究〔J〕．环境科学与技术，2003，26(增刊)：53-54
〔3〕 唐胜利，刘志苏．纳米技术与肿瘤治疗〔J〕．国外医学，肿瘤学分册，2002，(8)：283
〔4〕刘福春，韩恩厚，柯伟．纳米复合涂料的研究进展〔J〕． 材料保护，2001，34(2)：1-5
〔5〕张宇，葛存旺，虞伟等． 无机纳米抗菌剂用于医用无菌纱布的研究〔J〕． 东南大学学报，2001，3l(2)：11-12
〔6〕余锡宾，王桂华．二氧化钛纳米微粒的制备与光催化活性〔J〕．化学研究与应用，2000，2：16-17
〔7〕袁方利，李晋林． 超细氧化锌的制备和应用新进展〔J〕． 材料导报，1998，12(6)：32-35
〔8〕SunadaK，Kiduchi Y et aI．Bactericidal and Detoxification Effects of Ti02 Thin Film Photocatalysts〔J〕．Environmental Science & Technology．1998,32(5)：726-728(end)
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(3/19/2007) |
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