氧化石墨烯納米銀復(fù)合材料的制備及其抗菌性研究

譚月萍

摘 要：納米銀具有很好的廣譜抗菌性，故而在當(dāng)前的復(fù)合材料行業(yè)中受到廣泛重視。為了能夠更好地對石墨烯納米銀復(fù)合材料的抗菌性進(jìn)行研究，本文在對這種材料進(jìn)行深入了解的基礎(chǔ)上進(jìn)行氧化石墨烯納米銀復(fù)合材料的制備，并合理設(shè)計實驗對該材料的抗菌性進(jìn)行研究，從而讓這種材料引起足夠關(guān)注，讓其能夠得到廣泛應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：氧化石墨烯；納米銀；復(fù)合材料；抗菌實驗

氧化石墨烯是一種二維片層狀碳質(zhì)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)上有很多氧化官能團(tuán)，使氧化石墨烯能夠更好地與納米銀進(jìn)行結(jié)合，同時這些官能團(tuán)能夠讓石墨烯材料更好地在水中分散。然而在該種復(fù)合材料制備過程中，制備環(huán)節(jié)繁瑣，并且需要使用有毒有害的還原劑，而本文采用新型制備工藝進(jìn)行氧化石墨烯納米銀復(fù)合材料的制備，制備完成后進(jìn)行抗菌實驗。

1 氧化石墨烯納米銀復(fù)合材料的制備

1.1 氧化石墨烯納米銀復(fù)合材料的制備

本文采用檸檬酸鈉作為還原劑和穩(wěn)定劑，復(fù)合材料制備過程如下：①試劑選擇。選用的試劑為石墨、KMnO4、濃硫酸、過氧化氫溶液、硝酸銀和檸檬酸鈉，同時考慮到抗菌實驗，選用大腸桿菌進(jìn)行抗菌性研究，并選擇培養(yǎng)基和熒光試劑[1]；②氧化石墨烯制備。稱取50g石墨和0.5g硝酸鈉，將材料混合于23mL濃硫酸中，在冰水浴中進(jìn)行攪拌，攪拌均勻后加入3g的KMnO4，在95℃條件下攪拌一小時，反應(yīng)完全后加入去離子水，并在35℃下反應(yīng)30分鐘，再向反應(yīng)容器中加入雙氧水，并進(jìn)行離心洗滌，完成該過程后真空抽濾掉多余水分，得到氧化石墨烯片層；③復(fù)合材料制備。首先稱取3mg氧化石墨烯，將其分散于30mL去離子水溶液中，使用40kHz、100W超聲波清洗器處理30分鐘。然后稱取3mg硝酸銀制成60mL溶液，將兩種溶液進(jìn)行融合，并使用超聲波儀器處理20分鐘，并進(jìn)行沸水浴加熱。最后向溶液中快速加入5mg檸檬酸，并進(jìn)行大力充分?jǐn)嚢?，攪拌完成后靜置6小時，制成氧化石墨烯納米銀復(fù)合材料。

1.2 制備的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析

制備完成后使用相關(guān)以及對復(fù)合材料的UV-vis圖譜進(jìn)行研究，結(jié)果表明，氧化石墨烯材料與納米銀材料結(jié)合后，特征峰出現(xiàn)位置發(fā)生明顯不同，這種現(xiàn)象說明在復(fù)合材料制備過程中未發(fā)生納米銀材料大量聚集現(xiàn)象。另外還對不同存放時間下制備的氧化石墨烯納米銀溶液進(jìn)行光譜測定和研究，發(fā)現(xiàn)不同存放時間下的溶液光譜不發(fā)生明顯變化，說明溶液具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。另外通過對氧化石墨烯納米銀溶液的觀察可以發(fā)現(xiàn)，存放6天后該溶液仍具有很強(qiáng)的溶質(zhì)分散性和穩(wěn)定性，復(fù)合材料的外觀顯示，納米銀顆粒在材料上處于均勻分布狀態(tài)。

2 氧化石墨烯納米銀復(fù)合材料抗菌性研究

2.1 抗菌實驗設(shè)計

為了探究氧化石墨烯納米銀復(fù)合材料的抗菌能力，本文在實驗過程中同時對氧化石墨烯、納米銀的抗菌能力也進(jìn)行測試，從而深入了解氧化石墨烯復(fù)合材料的抗菌能力，另外通過文獻(xiàn)查閱得知，不同濃度的氧化石墨烯納米銀溶液會對抗菌性產(chǎn)生一定影響，故而本文也對這一點(diǎn)進(jìn)行探究[2]。實驗過程如下：①大腸桿菌培養(yǎng)。大腸桿菌培養(yǎng)過程中需要按照相關(guān)要求和準(zhǔn)則進(jìn)行；②實驗組和對照組設(shè)置。對照組為培養(yǎng)基上的大腸桿菌，不對其進(jìn)行任何處理，而實驗組需要分為兩組，其中一組為加入同濃度的氧化石墨烯、納米銀和氧化石墨烯納米銀溶液，另一組為加入不同濃度的氧化石墨烯納米銀，在相同環(huán)境、相同培養(yǎng)時間的條件下對大腸桿菌存活率進(jìn)行測試；③存活率調(diào)查。該過程需要對各類溶液中大腸桿菌的存活數(shù)量和細(xì)胞膜的完整性進(jìn)行調(diào)查，進(jìn)行細(xì)胞膜完整性研究中，使用碘化丙啶觀察細(xì)胞膜的破損情況，原理為這種物質(zhì)無細(xì)胞膜透性，只能侵染死亡細(xì)胞，并且這種材料在536nm和617nm時能夠產(chǎn)生紅色熒光。

2.2 抗菌結(jié)果分析

抗菌結(jié)果分析如下：①氧化石墨烯納米銀溶液濃度對抗菌情況的影響。實驗組的氧化石墨烯納米銀溶液濃度設(shè)置為5μg/mL、10μg/mL、20μg/mL和40μg/mL，經(jīng)過一定時間的培養(yǎng)后，對照組大腸桿菌OD值為4.2，5μg/mL溶液的OD值為3.3，10μg/mL溶液的OD值為2.1，20μg/mL溶液的OD值為1.5，40μg/mL溶液的OD值為0.5，說明氧化石墨烯納米銀溶液濃度越高，抗菌效果越好，并且濃度為40μg/mL時幾乎可以達(dá)到完全抗菌效果；②不同材料的抗菌情況。研究結(jié)果表明，氧化石墨烯和納米銀都具有一定的抑菌效果，但是相同溶液濃度條件下，氧化石墨烯納米銀溶液的抗菌效果高于氧化石墨烯和納米銀溶液抗菌效果的總和；③抑菌原理探究。本文對不同時間段內(nèi)的大腸桿菌染色情況進(jìn)行調(diào)查和分析，發(fā)現(xiàn)在氧化石墨烯納米銀溶液中的大腸桿菌的染色情況逐漸隨時間加重，最終確定該種復(fù)合材料通過破壞細(xì)胞膜達(dá)到抑菌效果。

3 結(jié)論

綜上所述，本文采用的新型氧化石墨烯納米銀復(fù)合材料能夠滿足材料制備要求，而通過對該種復(fù)合材料抗菌性能的研究發(fā)現(xiàn)，氧化石墨烯納米銀復(fù)合材料能夠通過對細(xì)菌細(xì)胞膜的破壞進(jìn)行抗菌，并且由于在該材料中納米銀獲得充分分散，極大提升了抗菌能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]秦靜，姜力文，楊春苗，郭貝貝，孫雪菲，王曙光.氧化石墨烯納米銀復(fù)合材料的制備及其抗菌性[J].環(huán)境化學(xué)， 2016，35（03）：445-450.

[2]秦靜.氧化石墨烯納米復(fù)合膜的制備及抗污染性能研究[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2015.