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，不僅抗菌能力遠比銅(Cu)、鋅(Zn)、鋰(Li)、鎂(Mg)等金屬強，而且在很多領域具有廣闊的應用前景[1-2]，已成為特殊功能材料理論研究和應用開發的重要課題[3-5]。

國內外許多科研者在研究納米銀的制備、性能及應用。趙婷等[6]人用冠醚交聯殼聚糖(CTSG)作吸附劑和保護劑，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構。本文采用Frens法制備納米銀，以紫外-可見光分光光度計和熒光對納米銀進行表征，并驗證其抑菌作用。

1 實驗部分

1.1 試劑及儀器

試劑：硝酸銀(上海化學試劑有限公司，AR)，檸檬酸三鈉(上海申翔化學試劑有限公司，AR)，聚乙烯吡咯烷酮K-30(PVP，國藥集團化學試劑有限公司，AR)，硼氫化鈉(國藥集團化學試劑有限公司，AR)。金黃色葡萄球菌和沙門氏菌由學校微生物實驗室提供。

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

1.2 實驗過程

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后續實驗的干擾，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 結果及討論

2.1 紫外—可見吸收光譜

2.1.1 滴加速度對紫外-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 回流時間對紫外-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五個樣品的吸收峰位置及強度基本一致。即回流時間的長短對銀納米的粒徑大小沒有影響。

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。在反應中，檸檬酸三鈉既是還原劑，又起穩定膠團的作用[9]。納米銀粒子吸附檸檬酸根離子形成擴散雙電層結構[10]，阻止b 銀納米粒子的聚集。加入PVP對制備的納米銀的粒徑無影響。

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于溶膠J發生了紅移。根據MIE理論推測，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，使晶核的生長速度比僅用Na3-citrate快。

J.混用還原劑；K.一種還原劑。

2.1.5 硝酸銀質量對紫外-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。根據表1繪制出四種樣品對應的銀膠的吸收峰位置變化曲線圖(如圖6)。由圖6可見，隨著硝酸銀質量的增加，吸收峰的位置先紅移然后藍移，其半高寬幾乎不變。吸收峰紅移說明粒子尺寸在增大，藍移說明粒子尺寸在減小。即隨著硝酸銀溶液濃度的增大，納米銀粒子尺寸出現峰值[1]。

表1 不同濃度硝酸銀數據表

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 處有激發峰和發射峰，L、M、O、N的銀膠粒徑是依次增大的，其熒光強度也逐漸增大。即納米銀的粒徑與熒光強度成正比。

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，被廣泛應用于醫療衛生等方面[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，分別標記為樣品①、②、③、④、⑤、⑥、⑦、⑧。對樣品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有發霉現象(如圖8的D所示)，其他樣品無發霉現象。證明納米銀抑制了霉菌的生長。

(A)涂有納米銀A的樣品 (B)涂有納米銀H的樣品

再在滅好菌的四個平皿中的固體培養基上培養金黃色葡萄球菌和沙門氏菌，并將平皿分成四格。待菌長到對數期時，用鑷子鑷取滅完菌的濾紙片分別蘸取樣品放在對應的方格內(1號蘸取A溶膠，2號蘸取B溶膠，3號蘸取J溶膠，4號未蘸取溶膠)，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。

1號 2號

實驗可知，樣品3的抑菌效果最好，其次是樣品2及樣品1，而4號樣品則是無抑菌效果，抑菌效果則是逐漸變弱的。根據紫外圖譜的分析，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的。

3 結論

采用Frens法通過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和熒光分光光度計檢測及與菌種的作用，得出：

1)回流時間和另外加入保護劑PVP對制得的納米銀粒子的粒徑沒有影響；

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)納米銀具有較強的殺菌作用，抑菌效果隨其粒徑的減小而變強。