Ti3C2Tx-PEG/Ag复合材料的制备及其光动力抗菌性能研究

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近年来,由于耐药菌的出现严重威胁着人类的生命健康,同时,微生物感染也始终是医疗领域急需解决的重大问题。因此,研发高效、不易使细菌产生耐药性的新型抗菌材料迫在眉睫。二维Ti3C2Tx具有比表面积高、光动力性能强、生物毒性低等优势,在抗菌材料领域受到了广泛的关注。本文以块状Ti3Al C2为原料,采用氢氟酸(hydrofluoric acid,HF)刻蚀、超声剥离、表面改性的方式制得了在水溶液中可稳定存在的Ti3C2Tx-PEG材料,再通过与银纳米颗粒(silver nanoparticles,Ag NPs)负载制备得到银纳米颗粒分布均匀、粒径约为12 nm的Ti3C2Tx-PEG/Ag复合材料,对其光动力协同抗菌性能进行了系统研究。具体的研究内容及结果如下:(1)通过HF刻蚀的方法,将Ti3Al C2中的铝原子层刻蚀、去除,制备得到分层效果良好、层间距较大的多层Ti3C2Tx(multiple layer-Ti3C2Tx,ML-Ti3C2Tx);随后引入二甲基亚砜(DMSO)为插层剂,通过搅拌和水浴超声等步骤,制备得到了寡层二维Ti3C2Tx材料(few layer-Ti3C2Tx,FL-Ti3C2Tx);接着对FL-Ti3C2Tx进行表面改性处理,将其表面的大量羟基转变为羧基(Ti3C2Tx-COOH);最后通过酯化反应将亲水性羟基端聚乙烯醇(PEG-OH)连接至其表面,制备得到了Ti3C2Tx-PEG,同FL-Ti3C2Tx相比,表面改性后的Ti3C2Tx材料在水溶液中的稳定性大幅提升。(2)以Ti3C2Tx-PEG和硝酸银(Ag NO3)为原料,以氢氧化钠(Na OH)为反应促进剂,通过调控投料质量比(Ti3C2Tx-PEG:Ag NO3)和微波反应时间来控制银纳米颗粒在Ti3C2Tx-PEG片层表面的分布与粒径大小。分析结果表明,当微波功率为210 W,投料质量比为1:1,微波反应时间为60 s时,可以制备得到Ti3C2Tx-PEG/Ag复合材料,且银纳米颗粒分布均匀、粒径为12 nm左右。(3)使用1,3-二苯基异苯并呋喃(DPBF)表征了Ti3C2Tx-PEG/Ag的光动力性能,以临床常见的革兰氏阴性菌大肠杆菌(E.coli)和革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌(S.aureus)为模型系统研究了该复合材料的光动力协同抗菌性能,并对其抗菌机理进行了分析。实验结果表明,在660 nm激光照射30 min后,DPBF在410 nm处的紫外吸收峰降低至67.4%,说明光照后Ti3C2Tx-PEG/Ag产生了大量以单线态氧(~1O2)为主的活性氧(Reactive Oxygen Species,ROS),表明其具有优异的光动力性能。抗菌实验结果表明,在光照条件下,Ti3C2Tx-PEG/Ag对E.coli和S.aureus的最低抑菌浓度低至1.56μg/m L,且该复合材料主要通过Ti3C2Tx-PEG片层的包裹作用、Ag NPs的穿刺效应及ROS导致的氧化损伤实现其优异的光动力协同抗菌性能。
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