[00148833]共价修饰的纳米SiO2抗菌粉体制备及其在塑料中的应用

抗菌功能材料可在与微生物接触过程中杀灭微生物，因而可广泛应用于医药、食品、日常生活等各方面。通常制备抗菌功能材料的方法是将金属离子如铜、银等固定于材料中，通过抗菌分子的缓慢释放达到抗菌目的。但是这样的缓慢释放使得抗菌材料在食品、医药及日常生活领域的应用受到限制，因其可能污染食品和医药制品。同时，金属离子的释放会导致对环境的污染。该研究将具有抗菌功能的高分子季铵盐共价接枝修饰到SiO2表面，制备抗菌纳米SiO2粉体(QPEI/SiO2)，可在接触过程中杀灭微生物。这为共价连接的抗菌材料应用于食品、医药及日常生活提供了一个新的可能。该项目从2003年开始进行研究，取得以下成果：1.共价修饰的纳米SiO2抗菌粉体制备(1)QPEI/SiO2微粒的最小抑菌浓度(MIC) 为80ug/ml。(2)抗菌分子与SiO2载体化学键合稳定，QPEI/SiO2微粒的抗菌效果不是通过缓释抗菌分子起作用。(3) QPEI/SiO2微粒破坏了细胞膜的完整性，导致菌体死亡。(4)QPEI/SiO2微粒首先吸附在菌体表面，随后破坏了菌体的细胞结构，最终将菌体分解成碎片，整个抗菌过程不仅仅是抑菌，而是杀菌。2.共价修饰的纳米SiO2抗菌粉体抗菌机理研究(1)QPEI/SiO2微粒对微生物的细胞膜有裂解作用，导致其胞内酶、DNA和RNA泄露，同时对脱氢酶有较强的抑制作用。(2) QPEI/SiO2微粒与微生物之间的作用分为吸附和分解两个过程。QPEI/SiO2微粒与微生物之间有极强的静电吸附作用，吸附后QPEI/SiO2微粒将细胞膜破坏，细菌内容物质泄露，细胞死亡。(3) QPEI/SiO2微粒对细菌芽孢的作用方式与细菌营养体的作用方式一致。3.共价修饰的纳米SiO2抗菌粉体应用研究(1)QPEI/SiO2微粒应用于制备抗菌塑料时，其最适的添加量为1%～2%。由QPEI/SiO2微粒制备的抗菌塑料对细菌的抗菌效果显著。(2)用QPEI/SiO2微粒作抗菌剂制备出的抗菌塑料具备良好的抗菌长效性、安全性和稳定性。(3) QPEI/SiO2微粒在塑料中的分散良好，(4)添加QPEI/SiO2微粒的抗菌塑料的力学性能有显著增强。4. 申请专利4项。已获发明专利授权2项。5. 在《材料研究学报》、《Key Engineering Materials》等国内外期刊上发表论文24篇，其中EI收录论文4篇，ISTP收录论文1篇，核心期刊论文8篇。6. 培养了发酵工程、材料工程等专业研究生6人，另有十多名相关专业本科生得到了课题研究锻炼。