壳聚糖负载TiO2抗菌材料的研究

赵献峰

(太原理工大学，山西 太原 030024)

引 言

壳聚糖主要通过有效基团NH3+和可以形成高分子絮凝剂实现抗菌的目的。由于壳聚糖是带正电荷的碱性多糖，所以在中性或偏碱性环境下，产生的质子化氨基减少，其抗菌性也同样大大减弱[1]，并且单独使用时，抗菌能力较差。为了提高抗菌剂的抗菌能力，引入无机金属类抗菌成分，TiO2的抗菌作用是通过光催化作用进行，能更持久地发挥抗菌作用[2]。

本文采用溶液扩散法制备纳米壳聚糖颗粒，并以其作为载体负载纳米TiO2，以制备复合抗菌材料。通过IR、SEM、TEM、抗菌性能实验等表征材料的各项指标。

1 实验部分

1.1 实验原料

二氧化钛，锐钛型，德国Sachtleben；壳聚糖，脱乙酰度90%，上海源聚生物科技有限公司；span-85，润华精细化工厂；石油醚，淄博企宁精细化工有限公司。

1.2 实验仪器

电热恒温水浴锅，DK-98-Ⅱ，天津市泰斯特仪器有限公司；磁力加热搅拌仪，CJJ-78，江苏金坛大地自动化仪器厂；离心机，LD4-2 ，北京市医药离心机厂；超声波清洗器，KQ-50型，昆山市超声波仪器厂。8400S型傅立叶红外光谱仪，日本Shimadzu公司；JSM-6700F型场发射扫描电子显微镜；日本；S-530型透射电子显微镜。

1.3 实验过程

1.3.1 纳米壳聚糖的制备

在1%的醋酸溶液中加入0.2 g的壳聚糖粉末，电磁搅拌5 min，并调节pH值。将搅拌好的壳聚糖溶液缓慢滴加到span-85溶液中，抽真空去水分。在转速4 000 r/min下离心20 min。取出沉淀，用石油醚洗涤2次，最后进行超声振荡。

1.3.2 纳米壳聚糖负载TiO2抗菌剂的制备

取明胶0.45 g，配制1%的明胶溶液，加入0.02 g纳米TiO2，搅拌使其分散均匀，缓慢加入壳聚糖溶液并搅拌均匀。将搅拌好的溶液缓慢加到span-85溶液中，抽真空至挥去水分。在转速4 000 r/min下离心20 min。取出沉淀，用石油醚洗涤2次，最后进行超声振荡。

1.4 检测与表征

采用傅立叶红外光谱仪对各样品进行红外光谱(IR)表征，采用JSM-6700F型场发射扫描电子显微镜和S-530型透射电子显微镜对样品的表面形貌进行观察；采用抑菌环实验对样品的抗菌性能进行表征。

2 结果分析及讨论

2.1 IR分析

图1 负载TiO2前后的壳聚糖吸收光谱图

2.2 扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)分析

由图2(a)看出，壳聚糖原样呈现大片层状，结构致密，中间还夹杂着一些颗粒状的杂质；图2(b)为采用本实验纳米化方法得到的纳米级壳聚糖，由图2(b)看出，纳米化后壳聚糖粒子大小均匀，粒径为4 nm～5 nm，分散性好。

图2 壳聚糖制备前后的微观表征图

2.3 抗菌实验分析

由图3可看出，位于中央的壳聚糖的抑制细菌生长的抑菌环很小，表明壳聚糖对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌抗菌能力差。而实验中制备的壳聚糖/TiO2抗菌剂所形成抑菌环的直径最小为9 mm，最大的达到14 mm，远远大于所形成抑菌环的直径≥7 mm的抗菌性能认定标准。这说明，壳聚糖/TiO2抗菌剂对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有很好的抗菌能力。

a-大肠杆菌；b-金黄色葡萄球菌

3 结论

本文通过壳聚糖负载纳米TiO2制备复合抗菌剂，采用红外、透射电镜和抑菌环实验对抗菌材料进行了表征。结果表明，壳聚糖/TiO2抗菌剂材料具有良好的抗菌性能。

纳米级壳聚糖粒子分散均匀，粒径4 nm～5 nm；壳聚糖/TiO2复合抗菌剂中壳聚糖与纳米TiO2未发生化学反应；复合抗菌剂对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌环实验也说明壳聚糖与TiO2增强协同抗菌，解决了壳聚糖单独使用时，抗菌能力较差的问题。