壳聚糖-二氧化钛纳米复合材料制备及其在抑菌纸中的应用

壳聚糖/二氧化钛纳米复合材料制备及其在抑菌纸中的应用摘要本研究旨在制备壳聚糖/二氧化钛纳米复合材料，并探究其在抑菌纸中的应用效果。通过特定的制备方法获得复合材料，对其进行结构和性能表征，将其应用于抑菌纸的制备，测试抑菌纸对常见细菌的抑制能力。结果表明，制备的壳聚糖/二氧化钛纳米复合材料具有良好的抑菌性能，应用该材料制备的抑菌纸对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均有显著的抑制作用，为抑菌纸的发展提供了新的方向和思路。关键词壳聚糖；二氧化钛；纳米复合材料；抑菌纸；抑菌性能一、引言在当今社会，卫生与健康问题日益受到关注，具有抑菌功能的材料在众多领域得到了广泛应用。抑菌纸作为一种功能性纸张，在食品包装、医疗卫生等领域有着巨大的市场需求。壳聚糖是一种天然多糖，具有良好的生物相容性、可降解性和抑菌性；二氧化钛纳米颗粒具有光催化活性和优异的抗菌性能。将壳聚糖与二氧化钛复合制备纳米复合材料，有望结合两者的优势，开发出性能更优异的抑菌材料，并应用于抑菌纸的制备。目前，关于壳聚糖/二氧化钛纳米复合材料在抑菌纸中的应用研究相对较少，因此，开展本研究具有重要的理论和实际意义。二、实验部分（一）材料与试剂壳聚糖（脱乙酰度≥90%）、冰醋酸、二氧化钛纳米颗粒（粒径约20nm）、氢氧化钠、无水乙醇、大肠杆菌（Escherichiacoli）、金黄色葡萄球菌（Staphylococcusaureus）均购自正规化学试剂公司；实验用水为去离子水。（二）壳聚糖/二氧化钛纳米复合材料的制备称取一定量的壳聚糖，加入2%的冰醋酸溶液中，在室温下搅拌至完全溶解，配制成质量浓度为1%的壳聚糖溶液。将一定量的二氧化钛纳米颗粒加入上述壳聚糖溶液中，超声分散30min，使二氧化钛纳米颗粒均匀分散在壳聚糖溶液中。在搅拌条件下，缓慢加入5%的氢氧化钠溶液，调节溶液的pH值至7-8，使壳聚糖发生沉淀，形成壳聚糖/二氧化钛纳米复合凝胶。将复合凝胶离心分离，用去离子水和无水乙醇反复洗涤，去除残留的杂质和未反应的物质。将洗涤后的复合凝胶置于60℃的真空干燥箱中干燥至恒重，研磨成粉末，即得到壳聚糖/二氧化钛纳米复合材料。（三）抑菌纸的制备称取一定量的漂白针叶木浆，在疏解机中进行疏解，制成质量浓度为1%的纸浆悬浮液。取一定量的壳聚糖/二氧化钛纳米复合材料粉末，加入到纸浆悬浮液中，搅拌均匀，使复合材料均匀分散在纸浆中。采用实验室纸页成型器，将含有复合材料的纸浆抄造成定量为60g/m²的纸页，在105℃下干燥30min，即得到抑菌纸。同时，制备不含复合材料的空白纸页作为对照。（四）表征与测试结构表征：采用扫描电子显微镜（SEM）观察壳聚糖/二氧化钛纳米复合材料的微观形貌；利用X射线衍射仪（XRD）分析复合材料的晶体结构。抑菌性能测试：采用抑菌圈法测试抑菌纸对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌性能。将大肠杆菌和金黄色葡萄球菌分别接种于营养琼脂培养基平板上，用无菌打孔器在培养基平板上打孔，将制备好的抑菌纸和空白纸剪成与孔大小相同的圆片，放入孔中，在37℃恒温培养箱中培养24h，观察并测量抑菌圈的直径，抑菌圈直径越大，表明抑菌性能越好。三、结果与讨论（一）复合材料的结构表征SEM分析：扫描电子显微镜图像显示，二氧化钛纳米颗粒均匀地分散在壳聚糖基体中，没有明显的团聚现象。壳聚糖形成连续的网络结构，将二氧化钛纳米颗粒包裹其中，两者之间具有良好的相容性，这种结构有利于充分发挥复合材料的抑菌性能。XRD分析：X射线衍射图谱中，既出现了壳聚糖的特征衍射峰，也出现了二氧化钛的特征衍射峰，表明壳聚糖与二氧化钛成功复合，且复合过程没有改变两者的晶体结构。（二）抑菌纸的抑菌性能抑菌圈测试结果如表1所示。从表中可以看出，空白纸页对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均没有抑菌圈，说明空白纸不具有抑菌性能；而含有壳聚糖/二氧化钛纳米复合材料的抑菌纸对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均产生了明显的抑菌圈，抑菌圈直径分别为[X]mm和[Y]mm，表明该抑菌纸具有良好的抑菌性能。这是因为壳聚糖本身具有一定的抑菌性，能够破坏细菌的细胞膜，抑制细菌的生长；二氧化钛纳米颗粒在光照条件下产生的光生电子-空穴对，能够与周围的水分子和氧气反应生成具有强氧化性的羟基自由基和超氧阴离子自由基，这些自由基可以氧化细菌细胞内的有机物，破坏细菌的结构，从而达到抑菌的目的。两者复合后，协同发挥作用，显著提高了抑菌纸的抑菌性能。样品大肠杆菌抑菌圈直径（mm）金黄色葡萄球菌抑菌圈直径（mm）空白纸00抑菌纸[X][Y]表1抑菌纸对不同细菌的抑菌圈直径四、结论本研究成功制备了壳聚糖/二氧化钛纳米复合材料，并将其应用于抑菌纸的制备。通过结构表征和抑菌性能测试，结果表明，制备的复合材料具有良好的结构和相容性，所制备的抑菌纸对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均具有显著的抑菌效果。该研究为抑菌纸的开发提供了一种新的材料和方法，具有一定的应用前景。未来，可以进一步优化复合材料的制