Frens法制備納米銀及其抑菌性能研究

顏廷良，高鹽生

(江蘇省鹽城技師學(xué)院，江蘇 鹽城 224000)

納米銀是一種新型的抗菌除臭劑，不僅抗菌能力遠(yuǎn)比銅(Cu)、鋅(Zn)、鋰(Li)、鎂(Mg)等金屬?gòu)?qiáng)，而且在很多領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景[1-2]，已成為特殊功能材料理論研究和應(yīng)用開發(fā)的重要課題[3-5]。

國(guó)內(nèi)外許多科研者在研究納米銀的制備、性能及應(yīng)用。趙婷等[6]人用冠醚交聯(lián)殼聚糖(CTSG)作吸附劑和保護(hù)劑，用水合肼還原硝酸銀制備納米銀。Raveendran等[7]人用可溶性淀粉作模板，以β-D-葡萄糖為還原劑，在水溶液中合成納米銀粒子。Sun等[8]人以葡糖糖為原料在水熱條件下制備了表面含多糖基團(tuán)的膠體碳球，并以此作模板制備了納米銀顆粒與碳球的核殼結(jié)構(gòu)。本文采用Frens法制備納米銀，以紫外-可見光分光光度計(jì)和熒光對(duì)納米銀進(jìn)行表征，并驗(yàn)證其抑菌作用。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑及儀器

試劑：硝酸銀(上?；瘜W(xué)試劑有限公司，AR)，檸檬酸三鈉(上海申翔化學(xué)試劑有限公司，AR)，聚乙烯吡咯烷酮K-30(PVP，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，AR)，硼氫化鈉(國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，AR)。金黃色葡萄球菌和沙門氏菌由學(xué)校微生物實(shí)驗(yàn)室提供。

儀器：DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器(鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司)，SPECORD-S600型紫外可見分光光度計(jì)，LS50B型熒光分光度計(jì)(PERKINELMERUK 英國(guó))，DDSJ-308A型電導(dǎo)率儀(上海精科有限公司)，BS210S型電子精密天平等。

1.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

1.2.1 控制滴加速度制備銀納米

配制 100 mL 0.009% (g/mL)的AgNO3水溶液2份，加熱回流至沸騰，在劇烈攪拌下分別迅速加入和緩慢加入 15 mL 1.0×10-4g/mL 檸檬酸三鈉溶液(分別記作A和B)，回流 1 h。為了避免多余的檸檬酸根及硝酸根離子對(duì)后續(xù)實(shí)驗(yàn)的干擾，將溶膠透析 24 h，得到棕灰色銀膠。

A.快速滴加；B.緩慢滴加。

1.2.2 控制回流時(shí)間制備納米銀

配制 100 mL 0.009% (g/mL)的AgNO3水溶液，加熱回流至沸騰，在劇烈攪拌下迅速加入 15 mL 1.0×10-4g/mL 檸檬酸三鈉溶液，分別沸騰回流 1 h、2 h、3 h、4 h、5 h，分別透析得到樣品C、D、E、F、G。

1.2.3 加入保護(hù)劑PVP制備納米銀

在 100 mL 0.009% (g/mL) AgNO3溶液中加入PVP [n(AgNO3)∶n(PVP)=1∶15]，加熱回流至沸騰，在劇烈攪拌下迅速加入 15 mL 1.0×10-4g/mL 檸檬酸三鈉溶液，回流 1 h，透析得到棕灰色銀膠樣品H。不加入保護(hù)劑，按照同樣的方法制備得到樣品I。

1.2.4 還原劑的混用制備納米銀

配制 100 mL 0.009% (g/mL)的AgNO3溶液加熱回流至沸騰，在劇烈攪拌下迅速加入 15 mL 1.0×10-4g/mL 的Na3-citrate和2.4×10-3mol/L NaBH4水溶液，沸騰回流 1 h，透析得到棕灰色銀膠J。

以質(zhì)量濃度為1.0×10-4g/mL 檸檬酸三鈉(Na3-citrate)為還原劑，按照同樣的方法制備得到樣品K。

1.2.5 不同硝酸銀濃度制備納米銀

100 mL 去離子水分別加入10、20、35、45 mg AgNO3配制成溶液加熱回流至沸騰，在劇烈攪拌下迅速加入 300 mL 1.0×10-4g/mL 的Na3-citrate，沸騰回流 1 h，透析得到棕灰色銀膠L、M、N、O。

2 結(jié)果及討論

2.1 紫外—可見吸收光譜

2.1.1 滴加速度對(duì)紫外-可見吸收光譜的影響

從納米銀溶膠A和B的紫外-可見吸收光譜圖(圖1)可知，快速加入檸檬酸鈉得到的納米銀粒子A的最大吸收峰位在 439 nm 左右，且分布較窄；而緩慢滴加檸檬酸鈉得到的納米銀粒子B的最大吸收峰位在 449 nm 左右，且分布較寬。即后者納米銀粒子的粒徑較前者明顯增大，且分布不均勻。

2.1.2 回流時(shí)間對(duì)紫外-可見光吸收光譜的影響

從銀膠的紫外-可見吸收光譜圖(圖2)看出，C、D、E、F、G五個(gè)樣品的吸收峰位置及強(qiáng)度基本一致。即回流時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)銀納米的粒徑大小沒(méi)有影響。

C-G分別為回流1～5 h的吸收光譜

2.1.3 加入PVP對(duì)紫外-可見光吸收光譜的影響

從圖3看出，H和I溶膠的吸收峰位置基本不變。在反應(yīng)中，檸檬酸三鈉既是還原劑，又起穩(wěn)定膠團(tuán)的作用[9]。納米銀粒子吸附檸檬酸根離子形成擴(kuò)散雙電層結(jié)構(gòu)[10]，阻止b 銀納米粒子的聚集。加入PVP對(duì)制備的納米銀的粒徑無(wú)影響。

H.加入PVP后；I.未加入PVP。

2.1.4 混和還原劑的紫外-可見光吸收光譜

從圖4中看出，以Na3-citrate作還原劑制備的溶膠的吸收峰分布較寬且相對(duì)于溶膠J發(fā)生了紅移。根據(jù)MIE理論推測(cè)，納米銀粒子K的粒徑要大于J，且粒子分布不均勻。這是由于混合還原劑中NaBH4的還原性比Na3-citrate的還原性強(qiáng)，使晶核的生長(zhǎng)速度比僅用Na3-citrate快。

J.混用還原劑；K.一種還原劑。

2.1.5 硝酸銀質(zhì)量對(duì)紫外-可見光吸收光譜的影響

從圖5可知，L、M、N、O四種樣品的吸收峰的位置位于 429～460 nm 之間。由紫外吸收光譜圖得到表1。根據(jù)表1繪制出四種樣品對(duì)應(yīng)的銀膠的吸收峰位置變化曲線圖(如圖6)。由圖6可見，隨著硝酸銀質(zhì)量的增加，吸收峰的位置先紅移然后藍(lán)移，其半高寬幾乎不變。吸收峰紅移說(shuō)明粒子尺寸在增大，藍(lán)移說(shuō)明粒子尺寸在減小。即隨著硝酸銀溶液濃度的增大，納米銀粒子尺寸出現(xiàn)峰值[1]。

表1 不同濃度硝酸銀數(shù)據(jù)表

圖5 納米Ag溶膠的吸收光譜圖

m(AgNO3)/mg

2.2 熒光光譜分析

分別取樣品L、M、N、O，測(cè)得銀離子與檸檬酸三鈉作用的熒光光譜圖，如圖7所示。檸檬酸三鈉- Ag+熒光光譜中，在 300.0 nm 和 600.0 nm 處有激發(fā)峰和發(fā)射峰，L、M、O、N的銀膠粒徑是依次增大的，其熒光強(qiáng)度也逐漸增大。即納米銀的粒徑與熒光強(qiáng)度成正比。

圖7 樣品L-O銀離子與檸檬酸三鈉作用的熒光光譜圖

2.3 納米銀溶膠的殺菌作用

納米銀具有廣譜殺菌的作用，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療衛(wèi)生等方面[12-13]。用饅頭作為樣品，研究納米銀的殺菌作用。選取8組 5 g 新鮮饅頭，分別標(biāo)記為樣品①、②、③、④、⑤、⑥、⑦、⑧。對(duì)樣品①、②不作任何處理，將樣品③、④涂上納米銀A，樣品⑤、⑥涂上納米銀H，樣品⑦、⑧涂上納米銀J。

三天后，肉眼可見樣品①、②有發(fā)霉現(xiàn)象(如圖8的D所示)，其他樣品無(wú)發(fā)霉現(xiàn)象。證明納米銀抑制了霉菌的生長(zhǎng)。

(A)涂有納米銀A的樣品 (B)涂有納米銀H的樣品

再在滅好菌的四個(gè)平皿中的固體培養(yǎng)基上培養(yǎng)金黃色葡萄球菌和沙門氏菌，并將平皿分成四格。待菌長(zhǎng)到對(duì)數(shù)期時(shí)，用鑷子鑷取滅完菌的濾紙片分別蘸取樣品放在對(duì)應(yīng)的方格內(nèi)(1號(hào)蘸取A溶膠，2號(hào)蘸取B溶膠，3號(hào)蘸取J溶膠，4號(hào)未蘸取溶膠)，用保鮮膜將平皿包好放入溫箱(溫度 37 ℃)。五天后，菌種生長(zhǎng)情況見圖9。抑菌圈周邊顏色較白的表明抑菌效果較好，反之，抑菌效果較差。同樣也證明納米銀抑制了霉菌的生長(zhǎng)。

1號(hào) 2號(hào)

實(shí)驗(yàn)可知，樣品3的抑菌效果最好，其次是樣品2及樣品1，而4號(hào)樣品則是無(wú)抑菌效果，抑菌效果則是逐漸變?nèi)醯摹８鶕?jù)紫外圖譜的分析，樣品3、樣品2和樣品1的粒徑是逐漸變大的，即抑菌效果隨著納米粒子粒徑的減小變強(qiáng)的。

3 結(jié)論

采用Frens法通過(guò)控制不同的條件制備了納米銀膠。利用紫外可見分光光度計(jì)和熒光分光光度計(jì)檢測(cè)及與菌種的作用，得出：

1)回流時(shí)間和另外加入保護(hù)劑PVP對(duì)制得的納米銀粒子的粒徑?jīng)]有影響；

2)混用還原劑使納米銀粒子粒徑變小，且粒子分布比單用一種還原劑制備的銀膠均勻；

3)快速與緩慢滴加檸檬酸三鈉溶液，后者制備的納米銀膠粒較前者有明顯的增大，且粒徑分布不均勻；

4)納米銀具有較強(qiáng)的殺菌作用，抑菌效果隨其粒徑的減小而變強(qiáng)。