氧化石墨烯/壳聚糖复合膜的制备及其抑菌性和润湿可控性的探究
自从2004年通过机械剥离的方法制备出来之后，石墨烯作为一种“明星材料”，其制备方法、性能表征、衍生物及复合材料的制备和应用已经被学者广泛的探索和研究。氧化石墨烯是石墨烯最重要的衍生物之一，由于活性氧基团的存在，其分散性、功能化及与其它物质复合的能力明显增强。目前，关于氧化石墨烯和有机物复合材料的制备和性能研究非常活跃，而且由于复合材料具有优异的性能，已经被广泛应用到太阳能电池、生物传感器、肿瘤检测和治疗等领域。壳聚糖作为一种天然氨基多糖，由于氨基和羟基等活性基团的存在，也具有较好的功能化和复合能力。本实验通过简单的一步真空抽滤的方法合成氧化石墨烯/壳聚糖层状复合膜，并通过设计实验探究了复合膜的抑菌性及其润湿性与pH的关系。 本实验首先采用改进的Staudenmaiers方法与超声波联合作用制备氧化石墨烯，通过透射电镜观察制得的氧化石墨烯的尺寸和形貌;然后将氧化石墨烯和壳聚糖配制成不同浓度比的混合溶液，通过简单的一步真空抽滤的方法制备氧化石墨烯/壳聚糖复合膜，根据复合膜的性能优化出制备复合膜的氧化石墨烯和壳聚糖比例，并通过扫面电子显微镜、拉伸试验机等表征出最优复合膜的表面和截面形貌及力学性能等;接下来探究了氧化石墨烯/壳聚糖复合膜与细菌在固体培养基和液体培养基等不同环境下的相互作用——首先根据先前文献，通过细菌雾化实验探究其是否具有文献报道的抑菌作用，再将复合膜置于不同的环境下来验证其抑菌与否及可能的抑菌机理;最后，调节氧化石墨烯和壳聚糖混合溶液的pH，得到不同分散程度的混合溶液，制得不同的氧化石墨烯/壳聚糖复合膜，分别测量各个pH下制得的复合膜的接触角（空气中水的接触角和水下油的接触角）及粘附力（水下油的粘附力），得出混合溶液的pH与复合膜的接触角及粘附力的关系。 通过实验，我们成功制备了分散良好的氧化石墨烯悬浮液，并且利用真空抽滤法制备出氧化石墨烯/壳聚糖复合膜，经过浸泡和超声，发现只有壳聚糖含量为40％的复合膜依然保持完整的形貌，通过扫描电镜可以观察到复合膜具有整齐的层状结构。利用文献中的细菌雾化实验，初步证明复合膜抑菌效果不明显;通过将复合膜置于含有细菌的液体培养基中观察到细菌在复合膜上有较大的粘附量，而且形貌完整，进一步证明复合膜没有抑菌性。经过分析，氧化石墨烯和壳聚糖复合后，由于静电作用而消耗掉大部分氨基正离子，并且束缚了具有机械切割作用的氧化石墨烯，从而使其抑菌性丧失。虽然氧化石墨烯/壳聚糖复合膜的抑菌性不明显，但是复合膜覆盖的固体培养基上的细菌不生长繁殖，即复合膜不能透过细菌或者营养物质，因此可以作为细菌隔膜应用于包装材料和医学材料等。通过调节氧化石墨烯和壳聚糖混合溶液的pH，得到的复合膜表面的润湿性不同:在空气中水的接触角、水下油的接触角及水下油的粘附力都呈类抛物线状，复合膜的润湿性质随pH条件变化出现双重变化规律，因此，可以通过调节pH实现复合膜表面润湿性能的可控调节。
复合膜材料;氧化石墨烯;壳聚糖;制备工艺;抑菌活性;润湿可控性
中国海洋大学
硕士
材料物理与化学
陈守刚
2015
中文
TB332
61
2016-01-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）