银纳米颗粒及其复合物的生物制备和性能表征

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银纳米颗粒(AgNPs)及其复合纳米颗粒具有优异的导电性能、良好的抗菌性、小尺寸效应及量子尺寸效应等,使其广泛应用于医疗、电子、食品等行业。AgNPs的制备方法主要有物理法,化学法和生物法。与物理法和化学法相比,生物法因具有高效、快速、简单易行、环境友好及价格低廉等诸多优点而倍受人们关注。目前微生物法研究较多,植物法却鲜为报道,为了开拓新的AgNPs及复合NPs的植物制备法,本研究选取绿茶、银杏叶、苹果渣及石榴皮提取液为还原剂和稳定剂合成AgNPs及其复合NPs。主要研究内容及其结果如下:(1)绿茶、银杏叶、苹果渣、石榴皮等植物水提取液与AgNO3溶液混合,制备AgNPs或(Ag/Ag+/Ag3+)NPs;借助UV-vis、XRD和TEM等仪器对所得纳米粒子进行表征,利用FTIR分析检测植物提取液合成纳米粒子前后含有的大分子物质变化;通过单因素实验确定了植物法合成AgNPs及其复合物的适宜条件。结果表明:以绿茶提取液为原料,合成条件为:料液比1:30(g/mL),AgNO3浓度为10 mmol/L,反应液体积比为1:5(mL/mL),所得AgNPs的平均尺寸为13.6 nm;以苹果渣提取液为原料,合成条件为:料液比1:20(g/mL),AgNO3浓度为15 mmol/L,反应液体积比为1:4(mL/mL),得到平均尺寸为16.0 nm的AgNPs;且这两种植物提取液合成的AgNPs结晶度较高,形貌规整,呈球形或近似球形,大小均匀,颗粒分散。以银杏叶提取液为原料,合成条件为:料液比1:50(g/mL),AgNO3浓度为5 mmol/L,反应液体积比为1:8(mL/mL),制备的(Ag/Ag+/Ag3+)NPs均匀分散结晶度较高,为球形或近似球形,其中AgNPs的平均尺寸为13.8 nm,AgONPs的平均尺寸为24.6 nm;以石榴皮提取液为原料,得到(Ag/Ag+/Ag3+)NPs,合成条件为:溶液pH=8,AgNO3浓度为10 mmol/L,料液比为1:15(g/mL),得到的复合NPs较分散,结晶度较好,尺寸分布在1835 nm之间;FTIR分析表明,植物提取物中的多酚类,黄酮类,维生素,蛋白质等大分子物质在纳米粒子的形成过程起还原和保护作用。(2)以Vc作为对比,测定了植物水提取物对·OH、O2-·及DPPH自由基的清除率,确定提取物抗氧化性的强弱;测定了合成条件下Ag+的还原率;测定了研究所得AgNPs在溶液中的稳定性。结果表明,绿茶提取液的抗氧化性强于Vc,对自由基有很强的清除能力,其余3种植物提取物的稍弱;植物提取物对4种自由基清除率的实验结果表明,绿茶、银杏叶等被选取的4种植物提取物对DPPH自由基的清除效果最好;通过测定可得Ag+的还原率或转化率均可达到99%以上;合成的AgNPs在溶液中较稳定。(3)利用抑菌圈法和MIC值检验了合成的AgNPs及(Ag/Ag+/Ag3+)NPs对E.coli和S.aureus的抑菌性能,结果表明,AgNPs对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的生长均有较好的抑制能力,且(Ag/Ag+/Ag3+)NPs的抑菌能力约是AgNPs的23倍;AgNPs或(Ag/Ag+/Ag3+)NPs对E.coli和S.aureus的MIC值约为1.15×10-4 mol/L或约为2.90×10-5 mol/L。纳米粉体经200,350,500°C热处理后,观察其XRD图谱变化及对其衍射峰参数的分析发现,AgNPs及其复合NPs的尺寸均增大,结晶度均提高,且(Ag/Ag+/Ag3+)NPs中Ag+和Ag3+的存在形态均遭到破坏;借助ESEM观察发现,纳米粉体存在形貌发生改变;通过SEM观测发现,随着温度的升高纳米粒子开始聚集,AgNPs的平均粒径由15 nm左右增大至100 nm左右,(Ag/Ag+/Ag3+)NPs的平均粒径由20 nm左右增大至130 nm左右。500°C热处理后,AgNPs及其复合NPs的抑菌性能均明显减弱,处理前的抑菌能力基本是处理后的23倍;热处理后,AgNPs对E.coli或S.aureus的MIC增大至2.31×10-4 mol/L左右,(Ag/Ag+/Ag3+)NPs的MIC值增大至5.80×10-5mol/L左右。所以,温度会影响或改变纳米粒子的存在形态、尺寸、结晶度和抑菌性能。对比AgNPs及(Ag/Ag+/Ag3+)NPs热处理前后的FTIR吸收峰发现,多酚类,黄酮类,蛋白质等大分子物质相应的吸收峰均消失,说明这些大物质分子覆盖在纳米粒子表面,且被高温分解。(4)通过对纳米粒子的形成机理及抑菌机理的探索发现,AgNPs及(Ag/Ag+/Ag3+)NPs合成过程中遵循生物大分子与Ag+发生吸附、还原和络合的过程;其抑菌机理具有与菌体细胞多位点结合的特点;该机理为植物法合成AgNPs及复合NPs提供新思路和理论基础。
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