銀離子注入ABS樹脂抗菌性能分析

銀離子注入ABS樹脂抗菌性能分析用MEVVA源將銀離子注入ABS(AcrylonitrileButadieneStyrene)樹脂表面，研究在注入劑量為1.0×1016ions/cm2、注入能量由5keV到30keV材料的抗菌性。通過X射線光電子能譜(XPS)及拉曼(Raman)光譜對(duì)樣品表面開展了表征，并測(cè)試樣品的疏水性和抗菌性。結(jié)果說明：載能離子導(dǎo)致ABS樹脂表面部分化學(xué)鍵斷裂，并出現(xiàn)失氫、富碳，而銀以離子形式存在其氧化物中;材料表面的接觸角變大，由親水性材料變?yōu)槭杷圆牧?銀離子注入后材料具有良好的抗菌性能，抗菌效果隨著離子注入能量的增加呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。

塑料已經(jīng)廣泛滲透于人類生活中的各個(gè)方面，我們?nèi)粘＝佑|的眾多塑料產(chǎn)品中帶有大量的細(xì)菌，頻繁與其接觸或多人共同使用，都可能使其成為細(xì)菌的污染源和疾病傳播源。因此制備相應(yīng)的抗菌塑料制品近年來正在成為熱點(diǎn)，其中采用表面改性方法處理塑料以提高材料抗菌性能的相關(guān)研究備受關(guān)注。

離子注入技術(shù)作為材料表面改性重要方法之一，有許多不同于常規(guī)表面處理技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，如：在低溫下開展注入，工件的尺寸精度不受影響;通過對(duì)注入離子數(shù)量及能量的控制來改變注入濃度與深度，注入離子完全滲進(jìn)基體表面，不存在鍍層與基底剝離等問題。離子注入技術(shù)可以優(yōu)化表面性能的同時(shí)不改變材料基底本身的特性，使得生物材料表面有較大的改性寬度。在選用注入離子時(shí)，真空技術(shù)網(wǎng)(http:///)認(rèn)為應(yīng)考慮離子具有良好的抗菌效果，且對(duì)人體無害。銀離子具有良好的廣譜抗菌性且對(duì)人體無毒副作用，成為最正確的備選離子。

本文采用金屬蒸汽真空弧(MEVVA)離子源開展注入，采用具有優(yōu)異綜合性能的工程塑料ABS樹脂作為基底，對(duì)改性前后的材料開展XPS，Raman表征，以此分析研究材料的表面成分;通過測(cè)量改性前后樣品的水接觸角，來檢測(cè)材料疏水性能的變化;開展抗菌實(shí)驗(yàn)，比照材料改性后的抗菌效果并結(jié)合材料表征及材料水接觸角實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)材料的抗菌性能開展綜合理論分析。

1、實(shí)驗(yàn)方法

1.1、實(shí)驗(yàn)樣品的制備

本實(shí)驗(yàn)樣品選用在工程制造領(lǐng)域已經(jīng)廣泛應(yīng)用且成本低廉的ABS樹脂作為基底(8cm×4cm)。離子注入用**師范大學(xué)低能核物理研究所研制的MEVVA離子注入機(jī)完成。實(shí)驗(yàn)的本底真空度為10-4Pa，靶材為99.99%的高純銀，束流設(shè)定0.1mA。注入劑量：1.0×1016ions/cm2，注入能量分別為：5keV，10keV，20keV，30keV。試樣在注入前后均置于丙酮和酒精中開展超聲波清洗，去除表面污染。

表1樣品編號(hào)表

1.2、實(shí)驗(yàn)樣品表面的表征

ABS樹脂改性前后，用XPS譜儀分析表面成分，儀器為英國(guó)ThermoScientific公司的ESCALAB250Xi型電子能譜儀，非單色AlKa(1486.6eV)為X射線源，工作電壓13kV，陽極電流18mA;用HoribaJobinYvon公司生產(chǎn)的LabRAMAramis型激光共聚焦拉曼光譜儀表征注入前后各試樣表面物質(zhì)的分子構(gòu)造，其中激發(fā)波長(zhǎng)532nm，輸出功率3mW。

1.3、樣品水接觸角的測(cè)量

本實(shí)驗(yàn)選取樣品pure-ABS，Ag5-ABS，Ag10-ABS，Ag20-ABS，Ag30-ABS中光潔度較高的部分，并將該部分樣品均裁剪至5mm×5mm。將樣品放置于去離子水中超聲清洗10min，然后在室溫下放置于濾紙上晾干，再放入干燥器內(nèi)干燥24h。取出樣品，用**中晨數(shù)字技術(shù)設(shè)備公司生產(chǎn)的接觸角測(cè)量?jī)x(20**JC129)測(cè)量樣品水接觸角，測(cè)量時(shí)將針狀進(jìn)樣器接近樣品表面，緩慢滴加液體至1μL，形成座滴，迅速截圖，測(cè)量五次取平均值，即為該樣品接觸角的一個(gè)實(shí)驗(yàn)值，同一個(gè)樣品測(cè)量?jī)纱谓佑|角的實(shí)驗(yàn)值，然后求其平均值即為該樣品的接觸角。

1.4、抗菌實(shí)驗(yàn)

本實(shí)驗(yàn)采用大腸桿菌作細(xì)菌株，分別取樣品pure-ABS，Ag5-ABS，Ag10-ABS，Ag20-ABS，Ag30-ABS各一片，其面積均為2cm×1cm。將樣品置于濃度為75%的酒精溶液中超聲波清洗10min，取出后用濾紙擦拭干凈，放入低溫烘箱內(nèi)烘干。將大腸桿菌液濃度稀釋至104~105CUF/mL，在每個(gè)試管中滴入4mL大腸桿菌菌液，隨后將樣品分別放入試管中，搖晃均勻后將放有樣品的試管置于37℃的恒溫箱中培養(yǎng)24h。培養(yǎng)完成后從放有樣品的試管中取細(xì)菌液50μL，滴在無菌瓊脂平板上，涂布均勻后再倒置于37℃恒溫箱中培養(yǎng)24h。統(tǒng)計(jì)平板上的細(xì)菌菌落數(shù)，并計(jì)算每個(gè)樣品的抗菌率?？咕使綖椋?/p>

3、結(jié)論

(1)MEVVA源在ABS樹脂片中注入銀離子后，通過XPS表征，發(fā)現(xiàn)銀離子注入后以離子狀態(tài)存在于其氧化物之中，使得ABS樹脂有較高的抗菌性能;通過拉曼光譜(Raman)分析，發(fā)現(xiàn)組成材料的鍵被離子轟擊后出現(xiàn)一定程度的斷裂，離子注入引起ABS樹脂失氫、形成富碳層，表征中出現(xiàn)無序石墨峰。

(2)ABS樹脂注入銀離子后與水的接觸角變大，由親水性材料變?yōu)槭杷圆牧?。隨著離子注入能量的增加，ABS塑料與水的接觸角變化不大。

(3)ABS樹脂片注入銀離子后顯示出良好的抗菌性能，在注入劑量為1.0×1016ions/cm2、注入能量為5keV時(shí)，抗菌率到達(dá)95.04%。銀離子注入