二维纳米材料MXene及复合物的抗菌作用评估

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纳米材料是当前材料领域的研究前沿,纳米材料的研究与应用为众多的基础领域带来了颠覆性的技术革命。二维纳米材料是纳米材料领域的重要组成部分,目前已经发现二维纳米材料具有非常独特的结构和众多的优异特性,能够广泛地应用于众多领域,随着世界各国投入大量人力和物力进行研究、开发和应用,引发了一系列全球性的技术革新,并且不断地取得突破性的进展。二维纳米材料抑菌特性在近年来才得到广泛的研究和报道,当前研究以石墨烯和MXene材料为代表的二维纳米材料在抑菌领域中有着很好的发展前景。国内外对二维纳米材料抑菌性能和机制多有研究,但是系统的评估二维纳米材料真实应用情况,横向对比多种二维纳米材料抑菌情况和机制,以及二维纳米材料转化应用还不够深入,为解决上述科学问题,本文在评估国内市场标注纳米抗菌布料实际抗菌性能的基础上,评估了两种MXene材料及其负载Ag纳米粒子的复合材料的制备,系统地进行物理形貌表征、抑菌特性分析和抑菌机制分析,以期未来应用。第一部分:收集当前国内市场上进行销售的,标注有纳米抗菌特性的布料,进行抑菌性能评估,对比不同种类布料并选择出三种抑菌率较为优秀的布料。对三种优秀布料进行分析,通过扫描和透射电镜对抑菌情况进行微观观察。最后对常见的二维纳米材料:石墨烯(GO)、黑磷(BP)、碳化钛(Ti3C2)和碳化铌(Nb2C),对比其抑菌能力,发现MXene材料中碳化钛(Ti3C2)和碳化铌(Nb2C)相对于石墨烯(GO)、黑磷(BP)有较好的抑菌能力,具备成为抑菌材料的发展潜能。因此可以作为二维纳米抑菌材料的候选材料,为本课题下一步对碳化钛(Ti3C2)和碳化铌(Nb2C)两种纳米材料的研究打下理论基础。第二部分:通过选择性刻蚀Ti3AlC2成功地制备了Ti3C2,通过添加银氨溶液制备Ti3C2-Ag复合物,对制备物的物理表征、物理稳定性进行物理特性分析,通过即时(0.5h)、长效(2h)、固定浓度下不同时间检测其抑菌活性,发现Ti3C2及Ti3C2-Ag具有高抑菌活性,最后对Ti3C2-Ag复合物的抑菌机制进行深入的研究分析,发现其抑菌的机制有(1)物理切割作用;(2)诱导细胞破碎;(3)刺激氧化应激等机制,为后来者研究Ti3C2及Ti3C2-Ag复合物的抑菌活力做好理论基础。第三部分:通过选择性刻蚀Nb2AlC制备二维纳米Nb2C材料,通过添加银氨溶液合成了Nb2C-Ag复合物,通过显微镜方法证明了Nb2C和Nb2C-Ag复合物具有明确的二维形貌,通过光谱法分析了Nb2C和Nb2C-Ag复合物的元素构成,验证制备产物的具体元素构成。为了更好地理解二维纳米Nb2C和Nb2C-Ag复合物材料的抑菌性能,分别研究了Nb2C和Nb2C-Ag复合物不同片层、即时(0.5h)、长效(2h)和同一浓度不同时间对大肠杆菌(E.coli)和金黄色葡萄球菌(S.aureus)两种细菌的抗菌活性,最后通过研究Nb2C和Nb2C-Ag复合物的抑菌机制确定了此类二维纳米材料所具备的抗菌特性,通过系统的抑菌活性研究充实了对MXene家族的抗菌活性的认识。综上所述,本研究非常全面系统的评估了二维纳米材料在实际应用领域中的特性,成功地制备了两种抑菌效率较高的纳米抗菌复合材料,对其抗菌特性和机制进行了系统的分析,为后来者研究纳米抗菌材料的制备提供理论和实践的经验。
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