二氧化硅表面胺基活化以及抗菌纳米复合材料的制备及性能研究

论文摘要

载玻片在许多领域都有着广泛的应用，普通的载玻片并不能完全满足应用的需求，因为其表面的硅氧键很稳定，缺少足够的化学活性。因此，近几年，关于载玻片的表面修饰的研究正逐渐引起大家的兴趣，并且有越来越多的研究人员开始对其进行研究。利用各种官能团对其进行表面修饰，使其拥有极大的应用潜力。胺基修饰的二氧化硅通过表面的活性胺基可以和多种无机离子或无机、有机、生物分子发生反应,在生物化学、分析、催化、工业和电子学等领域具有广泛的应用前景。核/壳结构的纳米级复合材料由于其具有不同的化学组成，从而表现出了不同的性质以及功能，这就大大拓展了其在各个领域内的应用范围。胍盐由于其具有抗菌性、高稳定性、易于储存、无腐蚀性、无毒、价格低廉等等优点而引起了人们的关注，并且在医药、生化、水净化处理、食品包装等等领域已经得到了一定程度的应用。甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）之所以在本实验中被选择作为模板，是因为其具有良好的耐溶剂性、耐热性、耐酸性及耐候性，并且表面带有环氧基团从而有着很好的反应活性。二氧化硅粒子由于其本身具有良好的化学稳定性、较高的比表面积、表面富含的羟基与生物体间有良好的相容性等特点，已经成为一种优异的载体材料被广泛应用于催化、吸附分离、生物等领域。纳米银是一种具有广谱性和不易产生耐药性的材料，其抗菌活性仅次于汞，所以银系抗菌材料是目前最常见的无机抗菌剂。但由于银离子在介质中容易团聚，所以银基杀菌剂通常担载在沸石，磷酸盐，黏土等载体上，其中以二氧化硅为载体的银系抗菌剂的效果最为理想。在本论文中，我们将聚丙烯酰胺成功接枝在了载玻片的表面，并重点研究了水在反应体系中对生成物表面结构产生的影响。利用了X射线光电子能谱（XPS），红外光谱分析（FTIR），原子力显微镜（AFM），扫描电镜（SEM）等表征手段对载玻片表面进行表征并研究其表面成分的组成以及表面结构形态。结果表明，在体系中无水以及有水的条件下，产生了两种完全不同的结构以及表面成分组成。在有水体系中，载玻片表面形成的胺基聚合物分为双层结构，上层包含着质密的胺基基团。而在无水体系中，载玻片表面形成的胺基聚合物表现为单层结构，并重现性好，结构稳定。在不同的领域，根据不同的需求，可以控制条件，制备符合不同要求表面接枝胺基聚合物后的载玻片。本实验采用聚甲基丙烯酸缩水甘油酯（PGMA）作为模板成功制备了新型具有磁性-抗菌性-荧光性的多功能复合微球。利用SEM、FTIR、透射电镜（TEM）、X射线衍射仪（XRD）、荧光显微镜对制备的复合微球进行表征。合成的PGMA、氨基化的PGMA（NH2-PGMA）、磁性PGMA（M-PGMA）都呈表面光滑的球形，并且具有良好的单分散性。M-PGMA具有超顺磁性，测试得到其饱和磁性为4.608emu·g-1，这足以在外加磁场的作用下从溶液中有效的分离出来，从而使抗菌材料能够通过磁性分离而达到回收简单化。引入聚六亚甲基胍酸盐（PHGH）功能基团后，无论是对革兰氏阴性菌还是革兰氏阳性菌都有着显著的抗菌效果。荧光物质碲化镉（CdTe）通过静电吸附作用吸附在球体表面使微球具有了荧光性能，这就使得复合微球具有靶向定位、生物检测等功能，这就大大的增加了其在各个领域的应用潜力。本实验引入了金属离子组装技术和纳米技术，采用浸渍法成功地制备出了具有强抗菌功能的SiO2负载银离子纳米复合材料，运用抑菌圈法对其抗菌性能进行了评价，开展了其抗菌机理和相关特性的研究。并详细研究了活性Si02载银纳米复合材料制备工艺参数对银含量和抗菌性能的影响以及银含量与抗菌性能的关系，建立了银含量与抑菌圈大小以及银含量与制备工艺参数之间的关系，并获得了优化工艺参数和最佳的银含量。本研究不仅开发出了具有抗菌功能的纳米复合材料，为无机抗菌剂的进一步开发及推广应用提供了一个可靠的参考，而且开辟了新的应用领域。综上所述，本论文设计制备了表面接枝胺基聚合物的载玻片并研究了其表面结构形态，并探讨了一种高分子多功能抗菌纳米复合材料以及一种无机抗菌纳米复合材料的制备及性能研究。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 二氧化硅表面修饰的研究
• 1.1.1 二氧化硅的表面修饰概况
• 1.1.2 二氧化硅表面修饰官能团的分类
• 1.1.3 二氧化硅表面修饰的介绍以及应用
• 1.1.3.1 载玻片表面修饰对蛋白质固定的性能提高影响
• 1.1.3.2 载玻片表面修饰对载荷能力提高影响
• 1.1.3.3 无机纳米材料对载玻片表面修饰
• 1.2 核壳纳米复合材料
• 1.2.1 核壳纳米复合材料的定义及性质
• 1.2.2 核壳纳米复合材料的发展与制备方法
• 1.2.2.1 模板法
• 1.2.2.2 自牺牲模板法
• 1.2.2.3 自模板法
• 1.2.2.4 单体自组装法
• 1.2.3 核壳纳米复合材料的应用
• 1.2.3.1 催化领域
• 1.2.3.2 涂料领域
• 1.2.3.3 生物医学领域
• 1.2.3.4 光学领域
• 1.2.3.5 其它领域
• 1.3 抗菌材料
• 1.3.1 抗菌材料的定义
• 1.3.2 抗菌剂的分类
• 1.3.3 抗菌材料的应用
• 1.3.4 抗菌性能测试方法
• 1.4 论文的选题及构想
• 参考文献
• 第2章 二氧化硅表面胺基修饰及表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂与仪器
• 2.2.2 载玻片羟基化的制备
• 2.2.3 乙二胺修饰载玻片
• 2.2.4 载玻片表面固定聚丙烯酰胺
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 载玻片表面聚合氨基聚合物元素组成
• 2.3.2 通过 SEM 表征载玻片表面的形态
• 2.3.3 通过 AFM 表征载玻片表面的形态
• 2.4 小结
• 参考文献
• 第3章 具有荧光、磁性以及抗菌性核壳复合材料的制备与表征
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂与仪器
• 3.2.2 聚甲基丙烯酸环氧丙酯（PGMA）微球的制备
• 3.2.3 表面氨基化的 PGMA 微球的制备
• 3.2.4 具有磁性的 PGMA 微球（M-PGMA）的制备
• 3.2.5 磁性 PGMA 与 PHGH 的聚合反应
• 3.2.6 量子点 CdTe 与聚合物微球的静电吸附作用
• 3.2.7 采用最小抑菌浓度法（MIC）对多功能复合材料的抗菌性能的研究
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 PGMA, NH2-PGMA and M-PGMA 微球的 SEM 分析
• 3.3.2 M-PGMA@PHGH-CdTe 微球的表征
• 3.3.3 PGMA, NH2-PGMA 和 M-PGMA 微球的 FTIR 分析
• 3.3.4 M-PGMA/PHGH 微球 XRD 测试
• 3.3.5 M-PGMA@PHGH-CdTe 复合微球磁性评估
• 3.3.6 M-PGMA@PHGH-CdTe 复合微球荧光效果评估
• 3.3.7 M-PGMA@PHGH-CdTe 复合微球抗菌性的研究
• 3.4 小结
• 参考文献
• 2载银纳米复合材料的制备及其性能研究'>第4章 SiO₂载银纳米复合材料的制备及其性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 试剂与仪器
• 2载银纳米复合材料制备实验方法'>4.2.2 SiO₂载银纳米复合材料制备实验方法
• 2载银纳米复合材料制备实验方案'>4.2.3 SiO₂载银纳米复合材料制备实验方案
• 4.3 结果与讨论
• 2载银纳米复合材料银含量与抗菌性的关系'>4.3.1. SiO₂载银纳米复合材料银含量与抗菌性的关系
• 2载银纳米复合材料中银含量的影响'>4.3.2 反应温度对 SiO₂载银纳米复合材料中银含量的影响
• 2载银纳米复合材料中银含量的影响'>4.3.3 反应时间对 SiO₂载银纳米复合材料中银含量的影响
• 2与 AgNO₃摩尔比对 SiO₂载银纳米复合材料中银含量的影响'>4.3.4 SiO₂与 AgNO₃摩尔比对 SiO₂载银纳米复合材料中银含量的影响
• 2载银纳米复合材料中银含量的影响'>4.3.5 反应体系的pH 值对SiO₂载银纳米复合材料中银含量的影响
• 2载银纳米复合材料抗菌性能的影响'>4.3.6 焙烧温度对 SiO₂载银纳米复合材料抗菌性能的影响
• 2@Ag 纳米复合材料的 FTIR 表征'>4.3.7 SiO₂@Ag 纳米复合材料的 FTIR 表征
• 2@Ag 纳米复合材料的 SEM 表征'>4.3.8 SiO₂@Ag 纳米复合材料的 SEM 表征
• 2@Ag 纳米复合材料的 TEM 表征'>4.3.9 SiO₂@Ag 纳米复合材料的 TEM 表征
• 2@Ag 纳米复合材料的抗菌性能研究'>4.3.10 最佳条件下制备 SiO₂@Ag 纳米复合材料的抗菌性能研究
• 4.4 小结
• 参考文献
• 第5章 结论
• 学术成果及获奖情况
• 致谢