【摘 要】
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铜基纳米材料由于低成本且具有独特的电、化学和热性能,对研究者具有巨大的吸引力,并且在催化、传感器、生物医学等方面具有广泛的用途。但是传统方法制备的材料分散性差,且难以实现独特结构的制备,因此对材料制备方法的探索具有重要的研究意义。近年来,一种天然的生物质资源-蛋壳膜(ESM),引起了研究者们的广泛关注。它是一种可持续再生的生物材料,由高度交联的蛋白质纤维组成,呈现三维分层多孔网络结构,有利于分子交
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铜基纳米材料由于低成本且具有独特的电、化学和热性能,对研究者具有巨大的吸引力,并且在催化、传感器、生物医学等方面具有广泛的用途。但是传统方法制备的材料分散性差,且难以实现独特结构的制备,因此对材料制备方法的探索具有重要的研究意义。近年来,一种天然的生物质资源-蛋壳膜(ESM),引起了研究者们的广泛关注。它是一种可持续再生的生物材料,由高度交联的蛋白质纤维组成,呈现三维分层多孔网络结构,有利于分子交换,具有良好的透气性及生物相容性。ESM具有多种天然活性成分,如氨基酸(主要为谷氨酸、甘氨酸和脯氨酸),以及氨基葡萄糖、软骨素和透明质酸,是一种重要的潜在生物组织修复材料。此外,其独特的结构可作为模板被用于制备新型纳米材料。据此,本论文以ESM为添加剂和模板,采用绿色、安全环保的方法,合成铜基纳米复合材料,并探讨将其应用于有机污染物处理,以及抗菌和促进皮肤伤口模型愈合的性能及相关作用机理。首先探索不同合成方法(共沉淀法、模板法和溶胶-凝胶法)对Cu Fe2O4纳米材料性能的影响。共沉淀法制备的材料分散性较差,并且由于使用强碱,不符合生态环保的理念。模板法制备的材料分散性良好,抗菌和催化性能更加优异,且制备方法简单,生物环保,但产量较低。溶胶-凝胶法制备的复合材料在催化以及抗菌方面都展现出了优异的性能,并且产量高,综合考虑为最佳实验方法。以ESM为模板,采用溶胶-凝胶法在最优实验条件下成功制备具有独特珊瑚状结构的分层多通道纳米复合材料ESM/Cu Fe2O4。与普通化学方法制备的纯Cu Fe2O4相比,该新型结构材料具备强效吸附、高效催化和长效抗菌多功能。以刚果红为模型分子,评价ESM/Cu Fe2O4的吸附性能,最大吸附量达199.23 mg/g。通过4-NP还原实验证实复合材料在室温下具有优异的催化活性,仅用5 min左右达到98.9%的降解率。活性氧(ROS)分析实验表明,ESM/Cu Fe2O4纳米材料会刺激细菌产生大量ROS,大肠杆菌(E.coli)和金黄色葡萄球菌(S.aureus)的ROS水平分别为对照组的2.1和1.7倍。与E.coli共培养30 min和与S.aureus共培养90 min后,杀菌率几乎达到了100%。以上实验是将ESM作为硬模板,为了进一步开发其功能,将ESM溶解作为软模板,合成了具有良好生物相容性和近红外光(NIR)光热效应的纳米粒子(ESM/Cu S NPs)。在NIR激光的照射下,材料温度在10 min内从25℃升至56℃。自然条件下,ESM/Cu S NPs对E.coli和S.aureus的杀菌率分别为70%和81%,而增加NIR照射后对两种细菌实现几乎100%的灭菌率,证明其具有出色的光热杀菌性能。此外,将ESM/Cu S NPs与聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶液混合,并添加适当比例碳点(CDs),配置成电纺丝溶液。采用静电纺丝法,在伤口模型原位制备敷料,用于小鼠皮肤伤口的愈合。8天左右,伤口愈合面积达90%以上。此外,鼠尾止血实验表明出血量降低69.4%,止血时间缩短约2 min,证明该敷料具有优异的快速止血和促进伤口愈合、抗感染的功效。
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