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研究生:謝真文
研究生(外文):Chen-Wen Hsieh
論文名稱:天然黏土在抗菌機能上之應用研究
論文名稱(外文):Study on the Antibacterial Application of Nano-Caly
指導教授:蔡宗燕
指導教授(外文):Tsung-Yen Tsai
學位類別:碩士
校院名稱:中原大學
系所名稱:化學研究所
學門:自然科學學門
學類:化學學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:99
中文關鍵詞:插層蒙脫土抗菌。
外文關鍵詞:IntercalateMontmorilloniteAntibacterial.
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由於黏土本身有電荷會與銀離子緊密結合,使得銀離子不易被釋放; 因此,本實驗選擇將銀離子還原成銀原子,得以有效釋放出銀離子達到抗菌效果。一般而言,奈米銀分散在高分子基材時,會有很嚴重的團聚現象; 在此以黏土做為載體,將奈米銀均勻分佈在黏土層間,使得每顆奈米銀都是有效接觸菌液,增加總表面積,減少銀的用量,更提昇抗菌能力。
本研究主要利用蒙脫土CL120,加入硝酸銀(AgNO3)當前驅物,將銀離子以離子交換反應插層至黏土層間,以還原劑硼氫化鈉(NaBH4)將銀離子還原成銀原子,製備出含銀黏土。利用廣角繞射分析儀(XRD)、熱失重分析儀(TGA) 、分光光度計(UV/VIS)來加以鑑定銀含量; 再以合成好之含銀黏土對革蘭氏陰性桿菌(大腸桿菌Escherichia col, E. coli)與革蘭氏陽性球菌(金黃色葡萄球菌Staphylococcus aureus subsp. Aureus, S. aureus)測試抗菌效果。
由實驗結果可知,本研究所製備出之含銀黏土只需重量百分比0.5wt% 即可達到良好的抗菌效果;且含銀黏土與PMMA分散性良好,顯示其具有實際的應用價值,期望未來可應用於抗菌製品上。
Nano silver has the antibacterial capability, but it is not easy to be uniformly dispersed and causing the reduction of antibacterial effect due to the self-aggregation. For this reason, polymer or clay is usually used to be the carrier and specific interaction force is utilized to homogeneously disperse the nano silver into these carriers. Therefore, the silver nanoparticle can effectively contact the bacteria to enhance the antibacterial effect.
In this study, Montmorillonite (CL120) and AgNO3 are applied as this carrier and precursor, respectively. Then, we utilize the ionic-change method to intercalate the nano silver into the multi-layer clay sheet. Next, the silver ion is reduced by the reluctant NaBH4 to generate the naon silver/clay. In component characterization, we utilize XRD, TGA and UV/VIS to identify the silver content and structure. In antibacterial characterization, we mix the nano silver/clay with E coli and S. aureus to evaluate its antibacterial performance.
Finally, these experimental results conclude that the nano silver/clays only require the 0.5wt% of silver to achieve the excellent antibacterial capability. In addition, its dispersion quality with PMMA is good and the potential application in antibacterial products is promising.
目錄

摘要 I
Abstract II
謝誌 III
目錄 V
圖索引 X
表索引 XIV

第一章 緒 論 1
1.1 黏土的簡介 1
1.1.1 黏土的種類與介紹 1
1.1.2 黏土的離子交換法 3
1.1.3 黏土的膨潤改質原理 4
1.1.4 黏土改質劑種類 5
1.2銀的相關背景 7
1.2.1 銀特性的簡介 8
1.2.2 銀的抗菌原理 9
1.2.3 銀系抗菌機制與開發應用 9
1.3 還原劑的選用 10
1.4 抗菌機能簡介 10
1.4.1抗菌劑種類與簡介 12
1.5 細菌簡介 14
1.5.1 細菌結構與種類介紹 14
1.5.2 細菌菌種之生長與世代時間之計算 15
1.5.3 細菌生長條件 16
1.5.4 細菌的菌數測量:直接/間接測量法 17
1.6 大腸桿菌與金黃色葡萄球菌簡介 18
1.6.1革蘭氏陽性和陰性菌特徵比較 19
1.6.2 革蘭氏陰性(G(-))桿菌-大腸桿菌簡介 20
1.6.3 革蘭氏陽性(G(+))球菌-金黃色葡萄球菌簡介21
1.7 研究動機 22
第二章 儀器與藥品 23
2.1 實驗藥品 23
2.2 實驗儀器與檢測方法 26
第三章 實驗部分 32
3.1 天然黏土的膨潤度測試方法 32
3.2 天然黏土陽離子交換當量測試方法 33
3.3 含銀天然黏土之製備方法 35
3.4 含銀黏土與壓克力樹脂之奈米複合材料製備方法39
3.5 含銀黏土與環氧樹脂之奈米複合材料製備方法 40
3.6 溶解度測試 41
3.7 培養液、洋菜培養基配置方法 41
3.7.1 Luria-Bertani細胞培養液配置方法 41
3.7.2 胰化蛋白大豆肉湯細胞培養液配置方法 42
3.7.3 Luria-Bertani 洋菜培養基配置方法 42
3.7.4 胰化蛋白大豆肉湯洋菜培養基配置方法 43
3.8 菌種的取得方法 44
3.8.1 菌種的取得實驗步驟 44
3.8.2 平板劃線技術 45
3.8.3 菌種的取得實驗結果 46
3.9 培養方法 47
3.9.1 大腸桿菌養菌與金黃色葡萄球菌養菌方法 47
3.9.2 培養注意步驟: 47
3.10利用分光光度計推估菌數計算與實驗方法 48
3.10.1 大腸桿菌、金黃色葡萄球菌實驗方法與計算式48
3.10.2 分光光度計測試菌數示意圖 49
3.11 利用連續稀釋法計算菌落數與實驗方法 49
3.11.1 樣品準備 49
3.11.2 連續稀釋法示意圖 50
3.11.3 含銀黏土與菌液混和實驗步驟 50
3.12 塗盤方法 51
第四章 結果與討論 52
4.1 黏土的選用與製備 52
4.2 含銀黏土結構與表面型態鑑定 53
4.2.1 廣角X-ray繞射分析儀 (XRD) 53
4.3 銀含量分析 55
4.3.1 分光光譜儀 (UV-VIS spectrophotometer)55
4.3.2 熱失重分析儀 (TGA) 56
4.4 溶解度分析 60
4.5 抗菌性能分析 61
4.5.1 革蘭氏陰性(G(-))桿菌-大腸桿菌抗菌測試 61
4.5.2 革蘭氏陽性(G(+))球菌-金黃色葡萄球菌抗菌測試67
4.5.3 大腸桿菌與金黃色葡萄球菌抗菌結果比對 73
4.6 未來展望 76
4.6.1 穿透式電子顯微鏡 (TEM) 76
第五章 結論 79
第六章 參考文獻 80

圖索引

圖1-1 層狀黏土結構圖 4
圖1-2 CEC值高/低 插層比較圖 5
圖1-3 銀的殺菌機制 10
圖1-4 細菌生長曲線圖 16
圖1-5 大腸桿菌微觀圖 20
圖1-6 金黃色葡萄球菌微觀圖 21
圖2-1 塗抹棒、塑膠培養皿 26
圖2-2 70%酒精,酒精燈,打火機,平口試管,試管架,紙巾,15ml尖底螺蓋離心管,50ml尖底螺蓋離心管 26
圖2-3 水平震盪培養箱 30
圖2-4 快速高壓消毒鍋 30
圖2-5 Simpak 1 超純水純化機,Elix / RiOs 純水機31
圖2-6 核酸計算儀 31
圖3-1 膨潤度測試示意圖 32
圖3-2 天然黏土澎潤度測試流程圖 32
圖3-3 陽離子交換當量檢測流程圖 34
圖3-4 含銀天然黏土之製備流程圖 38
圖3-5 含銀黏土與壓克力奈米複合材料製備流程圖 39
圖3-6 含銀黏土與環氧樹脂奈米複合材料製備流程圖40
圖3-7 菌種的取得實驗流程圖 44
圖3-8 平板劃線技術 45
圖3-9 以平板劃線技術取得大腸桿菌單一菌落實驗結果圖46
圖3-10 以平板劃線技術取得金黃色葡萄球菌單一菌落實驗結果46
圖3-11 核酸計算儀測試菌數示意圖 49
圖3-12 連續稀釋法示意圖 50
圖4-1 不同還原劑量下之含銀黏土顏色的比較 52
圖4-2 以GRW010-CL120,GRW010-1%含銀黏土之XRD繞射圖53
圖4-3 不同還原劑還原之含銀黏土XRD繞射圖 54
圖4-4 不同還原劑還原之含銀黏土水溶液 55
圖4-5 不同還原劑還原之含銀黏土UV/VIS圖 56
圖4-6 含銀黏土GRW010-CL120與GRW010-1%的TGA圖 59
圖4-7 不同還原劑量含銀黏土的TGA總圖 59
圖4-8 GRW010-1%溶於Acetone、Methanol、Ethanol之溶解圖 60
圖4-9 GRW010-1%溶於PGMEA、MEK、IPA之溶解圖60
圖4-10 不同還原劑量之含銀黏土對大腸桿菌的抗菌能力柱狀圖63
圖4-11 100%大腸桿菌試驗結果 64
圖4-12 LB broth與Amp抗大腸桿菌之試驗結果 64
圖4-13 GRW010-CL120 5mg與10mg抗大腸桿菌之試驗結果65
圖4-14 GRW010-1% 5mg與10mg抗大腸桿菌之試驗結果65
圖4-15 GRW010-3% 5mg與10mg抗大腸桿菌之試驗結果66
圖4-16 GRW010-5% 5mg與10mg抗大腸桿菌之試驗結果66
圖4-17 GRW010-10% 5mg與10mg抗大腸桿菌之試驗結果67
圖4-18不同還原劑量之含銀黏土對金黃色葡萄球菌的抗菌能力柱狀圖 69
圖4-19 100%金黃色葡萄球菌試驗結果 70
圖4-20 TSB broth與Amp抗金黃色葡萄球菌之試驗結果70
圖4-21 GRW010-CL120 5mg與10mg抗金黃色葡萄球菌之試驗結果71
圖4-22 GRW010-1% 5mg與10mg抗金黃色葡萄球菌之試驗結果71
圖4-23 GRW010-3% 5mg與10mg抗金黃色葡萄球菌之試驗結果72
圖4-24 GRW010-5% 5mg與10mg抗金黃色葡萄球菌之試驗結果72
圖4-25 GRW010-10% 5mg與10mg抗金黃色葡萄球菌之試驗結果73
圖4-26 銀原子的抗菌機制示意圖 74
圖4-27 革蘭氏陽性菌與陰性菌細胞外層概略圖 74
圖4-28 大腸桿菌與金黃色葡萄球菌抗菌結果比對圖75
圖4-29 GRW010-10%包覆EPOXY後的TEM圖 76
圖4-30 GRW010-1% 與GRW010-3%包覆PMMA之後的TEM圖 77
圖4-31 GRW010-5% 與GRW010-10%包覆PMMA之後的TEM圖 78

表索引

表1-1 黏土的分類與種類 2
表1-2 不同碳鏈烷基銨離子之改質劑對蒙脫土層間距離影響 7
表1-3 常用抗菌劑性能比較表 12
表1-4 常用之抗菌劑 13
表1-5 革蘭氏陽性菌與革蘭氏陰性菌比對表 19
表1-6 大腸桿菌與金黃色葡萄球菌比對表 19
表4-1 銀原子在XRD繞射圖主要特徵峰 53
表4-2 不同還原劑量下含銀黏土在各溫度下的重量 %57
表4-3 不同還原劑量下含銀黏土的重量損失 % 57
表4-4 L. B broth 與100% E. coli 之CFU值 62
表4-5 Amp、GRW010-CL120、GRW010-1%、GRW010-3%、GRW010-5%、GRW010-10%的5mg、10mg對大腸桿菌之CFU值62
表4-6 T.S.B與100% S. aureus之CFU值 68
表4-7 Amp、GRW010-CL120、GRW010-1%、GRW010-3%、GRW010-5%、
GRW010-10%的5mg、10mg對金黃色葡萄球菌之CFU值68
表4-8 大腸桿菌與金黃色葡萄球菌抗菌結果比對表 75
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